Le Comete INDICE. Comete nella storia Modelli Cometari Struttura Classificazione Origine Destino Comete e Vita Missioni Spaziali

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1 Le Comete INDICE Comete nella storia Modelli Cometari Struttura Classificazione Origine Destino Comete e Vita Missioni Spaziali

2 LA VISIONE POPOLARE La cometa della Natività Superstizioni e credenze popolari Giotto: La Natività Padova Cappella degli Scrovegni

3 Oriente e Occidente Le osservazioni medioevali Le osservazioni cinesi

4 L era moderna Brahe ( ) Capì che si trattava di corpi celesti lontani Keplero ( ) Scopritore delle 3 leggi sul moto planetario Galileo ( ) Per primo puntò un telescopio in cielo Newton ( ) Scoprì la legge di gravitazione universale Halley ( ) Intuì che le comete tornavano periodicamente vicino al sole La cometa Donati a Parigi 1858

5 La Cometa di Halley E la più famosa cometa della storia Ha un orbita di circa 76 anni Passata l ultima volta nel 1986, ritornerà nel 2061

6 Cometa di Halley, marzo 1986

7 Modelli Cometari Modello mucchio di ghiaia : Comete costituite da un insieme di materiale meteoritico di natura porosa e contenenti una gran quantità di gas molecolare che Andava a generare la chioma. Abolito Modello palla di neve sporca : Comete costituite da un nucleo compatto composto da materiale (Whipple, 1950) volatile e ghiaccio. Visione artistica di un nucleo cometario. Supera due ostacoli che il precedente modello non riusciva a spiegare: un corpo riesce a passare nelle vicinanze del Sole senza volatilizzare del tutto il fenomeno del ritardo o anticipo del passaggio di una cometa al perielio è dovuto all effetto-razzo. Se la rotazione del nucleo è concorde con il moto di rivoluzione, la reazione del getto spingerà la cometa in avanti sull orbita allargandola e facendo aumentare il periodo (ritardo), al contrario se il nucleo ruota in direzione opposta, l effetto razzo causerà una forza frenante diminuendo così il periodo (anticipo).

8 Struttura Da un punto di vista osservativo le comete sono formate da tre parti: IL NUCLEO: agglomerato di polvere, frammenti rocciosi e ghiacci volatili (l acqua costituisce circa l 80% della massa). A grandi distanze dal Sole la cometa è composta dal solo nucleo. Dalla Terra uno studio diretto è impossibile quando si trova lontano, mentre quando si trova ad una distanza tale da poter essere osservato è nascosto dalla chioma. Nucleo della cometa Borrelly. Rappresentazione di un nucleo cometario. Nucleo della cometa Wild 2.

9 Il cuore della cometa Il nucleo della cometa è molto simile ad un enorme iceberg volante, ricoperto da una crosta di materiale organico scuro, al cui interno vi sono grandi quantità di ghiaccio d acqua che fuoriesce sotto forma di getti di vapore da spaccature della crosta I nuclei cometari hanno dimensioni di alcuni chilometri, ma materiale sufficiente per decine di passaggi nei pressi del Sole

10 Quando una cometa si avvicina al Sistema solare interno, la sua superficie ghiacciata sublima al calore del Sole ed inizia ad emettere materiale che va a formare dapprima la chioma, poi la coda di ioni ed infine quella di polveri La coda di gas è azzurra e rettilinea, rivolta sempre dalla parte opposta del Sole; quella di polveri è gialla e ricurva e tende a seguire l orbita della cometa Nel regno del Sole

11 LA CHIOMA: densa nube di ossido di carbonio, anidride carbonica e altri gas neutri che vengono sublimati dalla radiazione solare ad una distanza di circa 6-7 UA, di acqua che sublima a 3 UA. Si presenta di forma sferica o leggermente oblata; le sue dimensioni variano sia in base alla distanza dal Sole sia in base alla sua composizione chimica. Sono state rilevate righe di emissione di metalli allo stato atomico quali Na, K, Mn, Cu, Fe, Co e Ni. L analisi dettagliata delle chiome ha rilevato che le molecole osservate non sono quelle fuoriuscite direttamente dal nucleo; ciò vuol dire che le molecole madri espulse dal nucleo sono più complesse e costituiscono la chioma interna; tali molecole generano le molecole figlie (radicale OH, anidride carbonica, cianogeno e ossido di carbonio ionizzato) che costituiscono la chioma visibile. Cometa Hale Bopp. Schema della struttura e delle dimensioni tipiche della chioma.

12 LA CODA: ad una distanza di 3 UA la continua sublimazione dei ghiacci porta alla formazione della coda. In una cometa si identificano varie tipologie di code: CODA di IONI Composizione: gas ionizzati tra cui vapore acqueo, anidride carbonica, monossido di carbonio, ammoniaca, metano, formaldeide, ecc. Colore: blu-azzurro Morfologia: prevalentemente tubolare con asse opposto alla direzione del Sole. CODA di POLVERI Composizione: polveri prevalentemente di silicati e composti del carbonio. Colore: arancio-rossastro Morfologia: tipicamente ricurva ed aperta a ventaglio. L interazione tra il campo magnetico dello spazio interplanetario, il quale porta con sé particelle cariche provenienti dal vento solare, e la chioma determina l infittimento delle linee di forza del campo; le molecole elettricamente cariche che si trovano nella chioma vengono incanalate dietro al nucleo dalla parte opposta al Sole. Cometa Hale-Bopp. Le particelle neutre e le polveri presenti nella chioma sono soggette alla forza gravitazionale (attrattiva) e alla pressione di radiazione (direzione opposta al Sole); la polvere riceve quindi una spinta in direzione opposta al Sole ma tende anche a seguire la traiettoria del nucleo.

13 Coda di polveri Coda di gas Cometa Hale Bopp

14 CODA di SODIO: identificata per la prima volta nel 1910 nella cometa C/1910 A1; negli anni successivi anche in altre comete fu osservato questo elemento. Nel 1997 fu osservata nella cometa Hale- Bopp. Coda di sodio della cometa Hale-Bopp. La velocità degli atomi di sodio sembra crescere lungo la coda (da 58 km/s, ad una distanza dal nucleo di 5 milioni di km, a 95 km/s, ad una distanza di 11 milioni di km); inoltre dall abbondanza di questi atomi è chiaro che non possono derivare dal nucleo. L ipotesi è che questo atomi sono rilasciati da qualche specie di natura sconosciuta all interno della chioma e poi accelerati in direzione antisolare per fluorescenza. CODA di FERRO: recentemente osservata nella cometa McNaught. Si pensa che questi atomi di ferro neutro provengano dall evaporazione di grani di troilite (FeS) e non direttamente dal nucleo, perché la sublimazione del ferro richiede una temperatura superiore ai 1000 K, mentre la troilite può sublimare a 680 K (temperatura compatibile con i valori attesi della chioma della cometa). Coda di ferro della cometa McNaught.

15 ANTICODA: la cosiddetta Anticoda è un fenomeno prospettico osservato quando la Terra attraversa il piano dell orbita cometaria. In quel particolare momento le polveri rilasciate lungo l'orbita vengono osservate obliquamente lungo l'asse di massima densità. Se la cometa è particolarmente luminosa, come nel caso della Arend Roland nel 1957 (a destra) o della PannStarrs nella primavera 2013 (sotto) il fenomeno è particolarmente spettacolare.

16 Distacco della coda della cometa di Halley. DISTACCO DELLA CODA DI IONI: dovuto ai cambiamenti di polarità del campo magnetico solare attraversato dalla cometa. Quando il campo magnetico ha polarità opposta a quella degli ioni della coda, quest'ultima si isola e si allontana dalla chioma cometaria seguendo il flusso del campo magnetico solare. Una nuova coda si sviluppa dalla chioma in sostituzione della precedente.

17 Comete a breve periodo e periodo intermedio Orbite Le orbite Perielio: punto di massimo avvicinamento al Sole Orbite circolari o ellittiche Comete a lungo periodo Orbite paraboliche o iperboliche Afelio: punto di massimo allontanamento dal Sole

18 MODIFICA ORBITA: dovuto ad un passaggio ravvicinato ad un pianeta che può portare anche alla espulsione dal Sistema Solare. Collisioni con la Terra Meteor Crater, Arizona. Cratere Manicougan, Quebec. Tunguska, Siberia..

19 Orbite I parametri orbitali che definiscono un orbita sono: Inclinazione (i): angolo fra il piano dell orbita e l eclittica. Longitudine del nodo ascendente (Ω): Con (i) definisce il piano dell orbita. Distanza del perielio dal nodo (ω): specifica l orientazione dell orbita all interno del piano. Epoca (Tau): specifica l istante del passaggio al perielio. Periodo orbitale (P) o semiasse maggiore (a): determina le dimensioni dell orbita P 2 = a 3. Eccentricità (e): determina la forma dell orbita

20 Classificazione Le comete si possono dividere in 3 classi: Comete a lungo periodo Periodo > 200 yr Orbite casuali Eccentricità prossima ad 1 Afelio tra e UA Hale Bopp Comete a periodo intermedio Periodo compreso tra 20 e 200 yr Orbite abbastanza inclinate Bassa eccentricità Afelio oltre l orbita di Giove e quella di Nettuno Halley Comete a corto periodo Periodo < 20 yr Orbite poco inclinate Bassa eccentricità Afelio tra l orbita di Marte e quella di Giove Encke

21 NOMENCLATURA Dal 1995 l Unione Astronomica Internazionale (UAI) stabilì nuovi criteri per la classificazione delle comete: P/ comete periodiche C/ comete a periodo molto grande o non periodiche D/ comete perdute A/ comete divenute asteroidi X/ comete di cui non si può calcolare l orbita Dopo una di queste lettere compare: - l'anno della scoperta - una lettera, indicante la quindicina di ogni mese (per esempio A va dal 1 gennaio al 15, B va dal 16 al 31 gennaio etc..) - un numero, indicante l ordine di scoperta delle comete. LE GRANDI COMETE: con questo nome sono indicate quelle comete che diventano particolarmente brillanti e che sono visibili ad occhio nudo. McNaught (C/2006P1), la grande cometa del 2007, anno in cui passò al perielio.

22 Le comete: da dove vengono? Sono miliardi i nuclei cometari che orbitano attorno al Sole; la maggioranza sono confinati in una regione, chiamata Nube di Oort, situata a metà strada tra il Sole e le stelle più vicine

23 FASCIA di KUIPER (Kuiper, 1951) - localizzata oltre l orbita di Nettuno e 100 UA dal Sole - popolazione composta sia da oggetti molto piccoli (raggio di pochi km) che da asteroidi (raggio di km) - probabilmente è il serbatoio delle comete a corto periodo. Un approccio statistico basato sulle scoperte fatte fino ad ora, conduce ad ipotizzare l esistenza di una popolazione di circa 3.5x10 4 oggetti di tipo asteroidale di una popolazione cometaria di circa elementi. Questi oggetti sembrano confinati in un disco abbastanza sottile nei pressi del piano dell eclittica e ciò va a favore dell identificazione di questa zona come serbatoio delle comete a corto periodo. Un ulteriore prova proviene dalle integrazioni numeriche. Fascia di Kuiper Legenda: rosso = Sole azzurro = pianeti giganti verde = oggetti della fascia di Kuiper rosa= troiani di Giove arancio = centauri giallo = troiani di Netiuno

24 Destino ESAURIMENTO MATERIALE VOLATILE: ripetuti passaggi nei pressi del Sole fanno sì che il calore e l azione del vento solare disperdano nello spazio i materiali volatili e le polveri. Una volta esaurito il materiale volatile, la cometa si trasforma in un corpo tipicamente asteroidale con un orbita stabile, difficilmente riconoscibile dalla Terra. FRAMMENTAZIONE NUCLEO: non è altro che una modifica del corpo stesso che porta alla divisione netta o parziale del nucleo cometario. Il verificarsi della frammentazione comporta non solo la riduzione della massa del nucleo, ma anche un forte squilibrio strutturale indotto dalle fratture. Prograssiva disgregazione del nucleo della cometa 73P/Schwassmann-Wachmann 3.

25 Le polveri emesse dalle comete si dispongono lungo l orbita e può capitare che la Terra la intersechi in uno o più punti Quando ciò avviene si verifica il fenomeno delle Stelle cadenti : le particelle cometarie vengono bruciate dall attrito con l atmosfera terrestre e danno vita alla luminosa scia che attraversa il cielo Famose sono le piogge delle Perseidi a metà agosto e delle Leonidi, visibili a novembre Polvere di stelle

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27 MODIFICA ORBITA: quando una cometa si avvicina troppo ad un pianeta del sistema solare, la sua orbita può essere modificata. A volte questo incontro può portare anche alla espulsione dal Sistema Solare. Ogni pianeta del Sistema Solare ha la sua famiglia di comete catturate dalla sfera di influenza gravitazionale.

28 Comete e Vita PANSPERMIA: è una teoria scientifica secondo la quale la vita sulla Terra sarebbe arrivata dallo spazio; sempre secondo questa ipotesi i semi della vita viaggiano all interno delle comete o meteoriti diffondendosi fra i pianeti. Una concreta evidenza di questa teoria è data dal successo della missione Stardust che ha permesso di portare sulla Terra le particelle della cometa Wild 2. Lo studio approfondito di tali particelle ha portato alla luce la presenza di: - molecole organiche - ammine e amminoacidi - olivine e pirosseni Olivina.

29 L importanza delle comete Le comete e l origine della vita Teorie sulle estinzioni di massa

30 Collisioni con la Terra Meteor Crater, Arizona yrs. Cratere Manicougan, Quebec 100 mln yrs. Tunguska, Siberia

31 La Shoemaker-Levy 9 16 luglio 1994: per la prima volta l uomo ha assistito agli effetti di un impatto cometario 20 nuclei della cometa sono caduti su Giove lasciando cicatrici visibili anche dalla Terra

32 L impatto con Giove Nell immagine dell Hubble sono visibili due delle zone di impatto

33 Missioni Spaziali Si suppone che le comete si siano formate quando ancora il Sistema Solare era all inizio della sua evoluzione ed è proprio per questo motivo che si pensa che il materiale contenuto in esse possa aiutare a capire l evoluzione del nostro pianeta e quindi del Sistema Solare. Lo scopo delle missioni è proprio quello di riuscire a studiare la struttura del nucleo e della superficie, la composizione e le sue origini. Fotografia del nucleo di Temple 1 ottenuta 67 sec dopo dell impatto del proiettile Impactor (DEEP IMPACT 1). Tracce di particelle cometarie (STARDUST).

34 MISSIONE DATA LANCIO OBIETTIVO ICE agosto 1978 cometa Giacobini-Zinner Vega 1 dicembre 1984 Venere, cometa Halley Vega 2 dicembre 1984 Venere, cometa Halley Suisei gennaio 1985 cometa Halley Sakigake agosto 1985 cometa Halley Giotto luglio 1985 cometa Halley e Grigg-Skjellerup Galileo ottobre 1989 Giove, impatto cometa Shoemaker-Levy 9 Deep Space 1 ottobre 1998 cometa Borrelly, asteroide Braille Stardust febbraio 1999 cometa P/Wild 2, asteroide Annefrank Genesis agosto 2001 campioni di Vento Solare in L1 CONTOUR luglio 2002 cometa Encke, Schwassmann-Wachmann-3 e d Arrest Rosetta marzo 2004 cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko Deep Impact gennaio 2005 cometa P/Temple 1 New Horizons gennaio 2006 Plutone e Fascia Kuiper

35 ...Alcune spettacolari immagini di comete del passato... Cometa di Halley (1986). Cometa Ikeya-Seki (1965). Cometa West (1976).

36 Hale Bopp, la grande cometa del McNaught, la grande cometa del Hyakutake, la grande cometa del 1996.

37 La cometa Panstarrs, visibile nelle luci del tramonto durante i primi mesi del 2013