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Hyakutake:
la cometa del 1996
di Lorenzo Comolli |
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Questo articolo è frutto di una
ricerca fatta in occasione del mio esame di maturità, scritta
quindi nel giugno 1996. L'ho portata all'orale per essere esaminata e discussa
con i professori di Fisica e di Geografia Astronomica. Inoltre questa ricerca
ha vinto il concorso fotografico del Gruppo Astronomico Tradatese nel 1997
per le fotografie della cometa, oltre che per altri lavori fotografici
sulle eclissi del 1996.
Le
comete
Una cometa è un piccolo corpo del nostro
sistema solare che orbita intorno al Sole come fanno la Terra e gli altri
pianeti.
Il cuore delle comete è il nucleo,
o corpo solido, che è normalmente tra 1 e 20 km di diametro e si
suppone sia una "palla di neve sporca". Questa definizione, data
da Fred Whipple, riassume la composizione media di una cometa: ghiaccio
di acqua, anidride carbonica, ammoniaca e polvere. In particolare esiste
solitamente uno strato di materiale organico (una sorta di catrame) di
poche decine metri di spessore che ricopre il nucleo e lo rende tra i corpi
meno riflettenti di tutto il sistema solare (bassissimo albedo).
Quando è lontana dal Sole, c’è
una piccolissima attività che si sprigiona dal nucleo, mentre quando
la cometa si avvicina al Sole, la radiazione solare scalda il nucleo, causando
dalla parte del Sole la sublimazione del ghiaccio che viene espulso da
vari buchi, trasportando via molti atomi e molecole che costituiscono sia
i diversi ghiacci, sia le polveri, sia le rocce del nucleo originario.
Questa fuoriuscita crea sia la chioma attorno al nucleo che si estende
per migliaia, centinaia di migliaia e talvolta anche milioni di km dal
nucleo, sia la coda di materiale che normalmente viene spinto dal vento
solare nella direzione opposta al Sole. Una volta innescata questa attività,
il vero nucleo è invisibile dalla Terra a causa del materiale interno
alla chioma che maschera il piccolo nucleo. Infatti il punto più
luminoso delle comete viene chiamato dagli astronomi "falso nucleo".
La
scoperta
Nella prima mattina del 31 gennaio 1996 (ore
21 del 30 gennaio per l’Italia), l’astrofilo giapponese Yuji Hyakutake
scopriva
la sua seconda cometa nel giro di sole cinque settimane. Il nuovo astro
chiomato si trovava straordinariamente vicino (appena 3°) alla cometa
scoperta sempre da Hyakutake il 26 dicembre 1995.
Per le sue ricerche l’astrofilo giapponese
utilizza uno speciale binocolo con lenti di 15 cm di diametro (!) che sviluppano
25 ingrandimenti.
Le
caratteristiche
Dopo alcune settimane di frenetico lavoro,
Brian
Marsden (Central Bureau for Astronomical Telegrams) riuscì a
calcolarne l’orbita. Stupì subito una caratteristica: il 25 marzo
la cometa avrebbe "sfiorato" la Terra alla distanza di soli 15 milioni
di km, pari a 1/10 della distanza Terra-Sole (detta UA, Unità
Astronomica).
Inoltre si calcolò che il 1°
maggio, giorno del perielio, sarebbe stata abbastanza vicina anche al Sole:
solo 34,5 milioni di km, cioè 0,23 UA.
Anche se queste caratteristiche la rendono
una cometa singolare, non bastano per portarla ai primissimi posti né
nella classifica dei grandi avvicinamenti alla Terra, né soprattutto
in quella degli avvicinamenti al Sole. Infatti in quest’ultima spiccano
le comete che o si sono vaporizzate nel globo di fuoco della nostra stella
o che hanno attraversato la corona solare.
Riguardo al nostro pianeta è da
ricordare la cometa che detiene il record di avvicinamento: la Lexell che
nel 1770 passò a 0,015 UA, equivalenti a 2,2 milioni di km, cioè
solo 6 volte la distanza Terra-Luna. (vedi tabella avvicinamenti)
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Avvicinamenti
di comete alla Terra
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| Distance (AU) |
Date (TT) |
Permanent designation |
| 0.0151 |
1770 July 1.7 |
D/1770 L1 (Lexell) |
| 0.0229 |
1366 Oct. 26.4 |
55P/1366 U1 (Tempel-Tuttle) |
| 0.0312 |
1983 May 11.5 |
C/1983 H1 (IRAS-Araki-Alcock) |
| 0.0334 |
837 Apr. 10.5 |
1P/837 F1 (Halley) |
| 0.0366 |
1805 Dec. 9.9 |
3D/1805 V1 (Biela) |
| 0.0390 |
1743 Feb. 8.9 |
C/1743 C1 |
| 0.0394 |
1927 June 26.8 |
7P/Pons-Winnecke |
| 0.0437 |
1702 Apr. 20.2 |
C/1702 H1 |
| 0.0617 |
1930 May 31.7 |
73P/1930 J1 (Schwassmann-Wachmann 3) |
| 0.0628 |
1983 June 12.8 |
C/1983 J1 (Sugano-Saigusa-Fujikawa) |
| 0.0682 |
1760 Jan. 8.2 |
C/1760 A1 (Great comet) |
| 0.0839 |
1853 Apr. 29.1 |
C/1853 G1 (Schweizer) |
| 0.0879 |
1797 Aug. 16.5 |
C/1797 P1 (Bouvard-Herschel) |
| 0.0884 |
374 Apr. 1.9 |
1P/374 E1 (Halley) |
| 0.0898 |
607 Apr. 19.2 |
1P/607 H1 (Halley) |
| 0.0934 |
1763 Sept.23.7 |
C/1763 S1 (Messier) |
| 0.0964 |
1864 Aug. 8.4 |
C/1864 N1 (Tempel) |
| 0.0982 |
1862 July 4.6 |
C/1862 N1 (Schmidt) |
| 0.1018 |
1996 Mar. 25.3 |
C/1996 B2 (Hyakutake) |
| 0.1019 |
1961 Nov. 15.2 |
C/1961 T1 (Seki) |
Qual è l’origine di questa cometa?
Alcuni dati ricavati dall’analisi dell’orbita
riguardano il periodo orbitale: la cometa si avvicinerà ancora al
Sole tra ben 14.000 anni (questo dato è tuttavia ancora incerto).
Ma non è sempre stato così lungo: infatti nella precedente
orbita il periodo era di 8.000 anni, e l’allungamento è stato causato
probabilmente dall’influenza gravitazionale della Terra durante l’avvicinamento.
Da tutto ciò si può dedurre
che, probabilmente, questa è una cometa che proviene dalla nube
di Oort, una nube sferica di detriti della formazione del sistema solare
che ne segna i confini con lo spazio interstellare.
Altre ipotesi sull’origine delle comete
sono state elaborate: in particolare lo studio del nucleo ha fatto supporre
che si tratti di un FRAMMENTO DI UNA COMETA PIÙ GRANDE CHE SI È
DISGREGATA IN UN PRECEDENTE PASSAGGIO AL PERIELIO.
Altre due caratteristiche importanti del
nucleo sono il periodo di rotazione (6,6 h) e le dimensioni del
nucleo (2-3 km): queste caratteristiche sono strettamente collegate
come vedremo nel paragrafo "Il nucleo".
Stupiscono entrambe per il loro basso
valore, spiegabile in base alla teoria del frammento di una cometa più
grande.
La
cometa dal... giardino
L'occasione era ghiotta: dopo molti anni,
tornava ad essere visibile una grande cometa: per tutti gli astrofili
è
stata una autentica sorpresa! E che sorpresa: chi si è potuto recare
ad osservare in alta montagna non dimenticherà mai lo spettacolo.
Ma anche chi, come me, ha osservato dalla
pianura, e per di più dal centro di una piccola città, ha
potuto documentarne il passaggio con delle foto a grande campo.
Queste foto rendono l’idea di cosa è
possibile fare con dei mezzi modesti, alla portata di tutti.
E’ bastata infatti una comune macchina
fotografica reflex a obiettivi intercambiabili, un cavalletto a cui fissarla
(nel mio caso un telescopio che serviva solo da supporto e contemporaneamente
inseguiva il moto della volta celeste) e una pellicola fotografica sensibilissima
(3200 ASA), ma non difficile da trovare in commercio.
Le
immagini del falso nucleo
Tutti gli osservatori del mondo si sono mobilitati
per osservare la cometa: immagini a piccolissimo campo (forti ingrandimenti)
prese sui Pirenei da
Pic du Midi, dall’ Hubble Space Telescope
(fuori dall’atmosfera terrestre) e da vari osservatori professionali ed
amatoriali muniti di CCD ("macchina fotografica" digitale), hanno mostrato
oggetti che si allontanavano dal nucleo. Il nucleo perdeva dei frammenti
a causa probabilmente del campo gravitazionale terrestre, che scomparivano
dopo qualche settimana, evaporando.
Il fenomeno è stato rilevato prima
come aumento dell’attività del nucleo, e successivamente come frammenti
che si allontanavano dal nucleo in direzione antisolare.
Un’altra caratteristica visibile sono
i getti: sulla superficie della cometa avvengono delle esplosioni
causate dal riscaldamento del ghiaccio da parte del Sole.
La struttura che si forma assomiglia a
una fontana perché i getti vengono curvati dal vento solare.
Inoltre il materiale espulso si raggruppa
in strutture circolari centrate sul nucleo, visibili nella direzione del
Sole, dette aloni o shell.
La struttura risultante dei getti e degli
aloni viene detta, per la sua forma, ruota del carro.
Studiando l’evoluzione temporale di queste
strutture è possibile arrivare a determinare il periodo di rotazione
del nucleo, sapendo che i getti sono creati da zone fisse sulla superficie
del nucleo e che sono quindi coruotanti con esso.
Il
nucleo
Una delle più grosse sorprese viene
dello studio del nucleo: si credeva fosse di circa 10-20 km, invece gli
studi ne hanno rivelato uno piccolissimo di soli 2-3 km.
Il dato è stato ottenuto attraverso
il radiotelescopio di 70 m di diametro a Goldstone in California: Steve
Ostro (JPL di Pasadena), dopo aver sparato un fascio di microonde verso
la cometa, ha registrato il segnale riflesso. Dallo spostamento doppler
delle onde riflesse dal nucleo e, conoscendo il periodo di rotazione, si
può risalire alle dimensioni del nucleo. La sottigliezza della dispersione
doppler delle onde riflesse suggerisce una dimensione non superiore ai
3 km.
Inoltre si può capire che il nucleo
è più piccolo di 7,5 km dal fatto che l’ Hubble Space Telescope
non lo ha risolto, pur avendo un potere risolutivo al momento della ripresa
di 7,5 km appunto.
Un altro parametro del nucleo, il periodo
di rotazione, è stato determinato in base alla rotazione dei getti:
è circa 6,6 ore. Le misure sono state eseguite al telescopio
NTT dell’ESO e dal riflettore da 105 cm di Pic du Midi. (Figura di pag.13)
L’attività del nucleo è straordinaria
se riferita a quella della cometa di Halley: probabilmente quasi il 100%
della superficie è attiva, contro il 10% della Halley. Sono state
rivelate moltissime molecole:
• molecole abbondanti e comuni: HO,
CN, CO;
• molecole rare ma importanti: HCHO
(formaldeide), CH3OH
(metanolo), NH3 (ammoniaca), S2;
• alcune molecole sono assolutamente nuove
per una cometa: C2H6
(etano), C2H2 (etilene), HNC (acido
isocianico), HDO
(acqua deuterata).
Questa grande attività spiega bene
i frammenti di cometa staccatisi a cominciare dal 21 marzo.
E’ stato anche ipotizzato che la Hyakutake
sia una cometa extrasolare, proveniente da un altro sistema stellare.
Come una cometa della nube di Oort può essere diretta all’interno
del sistema solare dal disturbo gravitazionale di una stella passata vicino
alla eliosfera, così può anche essere mandata all’esterno.
Lo stesso può succedere ad altri sistemi stellari. Lo si è
dedotto dall’abbondanza di metano ed etano, due molecole non molto abbondanti
per i corpi solari. Le prime stime riportano che il 2% del materiale cometario
sarebbe etano!
E’ importante cominciare anche ad esaminare
i rapporti tra le molecole rivelate: in particolare è utile notare
il rapporto tra la produzione di OH (creato dalla dissociazione dell’acqua)
e CN. L’emissione di acqua è simile a quella della Halley, mentre
di CN la Hyakutake ne emette solo 1/3.
Questo dato conferma che, siccome la maggior
parte di superficie è attiva, esiste una crosta di materiale organico
molto ridotta (fonte di CN).
Ma allora qual è l’origine della
cometa Hyakutake? Tutti i dati finora accumulati fanno ritenere che si
tratti di UNA COMETA GIOVANE, PICCOLA, MOLTO ATTIVA, FORSE UN FRAMMENTO
DI UNA COMETA MOLTO PIÙ GRANDE CHE SI SPEZZÒ IN UN PRECEDENTE
PASSAGGIO AL PERIELIO.
A questa conclusione è giunto il
GAT, Gruppo Astronomico Tradatese, che pubblicherà presto quest’
ipotesi sulla rivista scientifica "Nature".
La
coda
Sono state eseguite anche osservazioni della
coda con telescopi a grande campo (bassi ingrandimenti) e con comuni obiettivi
fotografici.
Si vede che alcuni filamenti della coda
hanno una struttura a spirale, causata dal gas espulso dai getti, coruotanti
col nucleo.
Nei giorni del massimo avvicinamento alla
Terra, si è manifestato un fenomeno detto "distacco della coda
di plasma", con riformazione immediata di nuova coda. Questo fenomeno
è spiegato in base all’inversione del campo magnetico solare: il
campo magnetico è trasportato dalle particelle del vento solare
che si allontanano dal Sole, con un moto spiraleggiante. Ma, a causa della
rotazione solare, il campo magnetico è alternativamente di polarità
Nord e Sud. Le particelle della coda di ioni della cometa sono soggette
ai campi magnetici, in quanto ionizzate (e quindi cariche elettricamente).
La coda si forma quindi secondo l’influenza del campo magnetico che impone
alle particelle ionizzate di disporsi lungo le linee di forza del campo
magnetico. Siccome le linee del campo magnetico vengono curvate dalla chioma,
si crea intorno alla cometa un campo magnetico a forma di V con la punta
rivolta verso il Sole. Ma quando il campo magnetico si inverte (la cometa
incontra zone diverse di vento solare nello spostarsi lungo la sua orbita),
la coda si stacca e se ne forma un’altra.
Per motivi prospettici la coda sarebbe
stata estesa al massimo per 60 gradi. Nonostante ciò, la sua luminosità
ha fatto sì che moltissimi astrofili hanno osservato e fotografato
nelle migliori notti una coda azzurra estesa proprio per 60 gradi!
La
cometa ai raggi X
Il satellite per osservazioni ai raggi X ROSAT
ha fotografato per la prima volta la chioma di una cometa!
Nessuno prevedeva che una cometa emettesse
così tanti raggi X: infatti i raggi X vengono normalmente emessi
dai corpi più caldi dell’Universo. Invece una cometa è un
corpo sicuramente più freddo di quanto sia necessario per emettere
tale radiazione.
Due sono i meccanismi proposti per generarli:
1. fluorescenza: i raggi X solari
vengono assorbiti dalla chioma e poi riemessi in tutte le direzioni. Questo
meccanismo però necessita di una alta densità di molecole
che assorbano e riemettano i raggi X solari. I calcoli indicano che ci
vorrebbe così tanto materiale che la sua massa eguaglierebbe la
massa dello stesso nucleo della cometa, il che è improponibile.
2. collisione tra vento solare
supersonico e materiale della cometa.
Quel che è certo è il fatto
che il Sole è in qualche modo coinvolto. Infatti la maggior parte
della radiazione viene emessa da una zona in direzione solare.
Nei prossimi mesi studi più approfonditi
verranno pubblicati, e allora si potrà forse svelare il mistero.
Le
previsioni
Molte previsioni riguardanti la luminosità
prevista per la cometa sono state confermate, ma solo fino alla metà
di aprile circa: poi ci si aspettava un ulteriore aumento di attività
che però è stato smentito dai fatti.
Un’altra delle previsioni degli astronomi
è stata smentita: è una conferma alla grande imprevedibilità
delle comete. Alla fine di marzo ci si stupì per la grande attività
del nucleo: ci si aspettava quindi che avvicinandosi a soli 35 milioni
di km dal Sole, la cometa sarebbe esplosa dividendosi in più nuclei.
Ma questo NON è avvenuto! Lo si può notare dalle immagini
riprese al momento del perielio dalla sonda SOHO.
L'anno
prossimo si replica: arriva la Hale-Bopp!
Aprile 1997: arriva al perielio la Hale-Bopp:
è probabilmente una delle più grandi comete conosciute (nucleo
di 40 km di diametro?).
Purtroppo quest’ultima non passerà
per nulla vicino alla Terra, un po’ meno di 1 UA. Nonostante ciò,
si prevede uno spettacolo grandioso!
La Hyakutake è stata quindi una
sorta di assaggio!
La miglior visibilità dall’Italia
sarà nei mesi di febbraio, marzo e aprile 1997.
Una cometa all’alba
del terzo millennio:
dialogo tra una
signora e un astronomo a proposito della grande cometa del 1861.
- Signore, i giornali dicono che abbiamo una
cometa.
- Si, signora, una cometa bellissima;
nella storia dell’astronomia non ve ne fu una più bella.
- Che cosa predice la cometa?
- Assolutamente nulla, signora.
- Ed è bel tempo?
- Splendido, signora; e, se solo volete
uscire in giardino, la potrete vedere.
- Ah! Se non può fare né
del bene né del male, non vale la pena di scomodarsi.
E, detto questo, la signora va a dormire.
Mi si dirà:
- A che serve l’astronomia?
Rispondo:
- Serve a far sì che nel 1861 si
possa andare a dormire senza timore, anche quando in cielo vi è
una splendida cometa!
