Kosmos

Komety w spódnicy baletnicy

Numer 1/2019
Udało się rozwikłać zagadkę niezwykłego zjawiska, kiedy to ogon komety nagle dzieli się na wiele warkoczy.

W 2007 r. dwie sondy amerykańskie STEREO A i STEREO B (Solar and Terrestial Relations Observatory), mające badać oddziaływanie wiatru słonecznego i erupcji słonecznych na Ziemię, zaobserwowały przelatującą wówczas w peryhelium (najbliżej Słońca) kometę C/2006 P1, zwaną też kometą McNaughta. Rok wcześniej odkrył ją Robert McNaught, a wkrótce stała się najlepiej widoczną kometą na naszym niebie od 50 lat. W sprzyjających warunkach można ją było dostrzec nawet gołym okiem. Jednak specjaliści zajmujący się oceną przekazywanych przez sondę STEREO B obrazów początkowo byli zdumieni. Nagle obraz pojaśniał, a wkrótce wypełnił się równoległymi prążkami, więc uznano, że doszło do awarii sprzętu transmitującego dane z sondy na Ziemię. Jednak podobny efekt zauważono w materiale dostarczonym nieco później przez sondę STEREO A. Wkrótce wyszło na jaw, że sondy uchwyciły moment podziału ogona komety McNaughta na wiele warkoczy – zjawisko znane już od dawna, zwane prążkowaniem komet, ale o nieustalonym podłożu.

Podobnie zachowywała się np. słynna Wielka Kometa 1744. W marcu 1744 r. jej ogon spektakularnie podzielił się na sześć w miarę równych części, co później zresztą przedstawiano na wielu obrazach i rycinach. Przewagą obserwacji z 2007 r. było to, że obrazy komety zostały zarejestrowane z przestrzeni kosmicznej, i to nie tylko przez sondy STEREO, ale też bardzo dokładnie przez amerykańsko-europejski próbnik SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). Z kolei inna sonda – Ulysses – przeleciała wkrótce przez gazowy ogon komety McNaughta rozciągający się na długość aż 1,5 j.a. (jednostka astronomiczna to odległość dzieląca Ziemię od Słońca). To pozwoliło w końcu naukowcom na dokładne ustalenie przyczyny dziwnego zachowania się ogonów niektórych komet.

Kapsuły czasu

Tak właśnie często nazywa się komety, ponieważ są one trwałą pozostałością po okresie, gdy formował się nasz Układ Słoneczny – mniej więcej 4,6 mld lat temu. Wiele ciał, z których tworzą się ostatecznie komety, zwłaszcza tych dalszych, pozostało od tamtych czasów w stanie niezmienionym, a więc ich tworzywo kryje odpowiedzi na ważne pytania: jak formowało się otoczenie naszego Słońca i czy materia Układu Słonecznego zmieniła się w toku tych przemian.

Komety powstają z okruchów skalnych grupujących się w pasie asteroid (położonym między Marsem a Jowiszem), w znacznie większym Pasie Kuipera (znajdującym się już za Plutonem) czy w jeszcze potężniejszym, leżącym już na samym skraju Układu Słonecznego, a może nawet częściowo poza nim, Obłoku Oorta. Znajdujące się w tych strukturach obiekty – większe lub mniejsze okruchy skalne – krążą sobie spokojnie lub trwają prawie w bezruchu (Obłok Oorta), ale od czasu do czasu – na skutek kolizji z innym ciałem lub pod wpływem grawitacji planet olbrzymów naszego Układu – zostają wyrwane i skierowane z dużą prędkością w przestrzeń. Często potrafią pokonać niemal cały Układ Słoneczny.

Obiekty takie dzielą się na dwa podstawowe typy: komety krótko- i długookresowe – i wszystkie krążą po orbitach eliptycznych wokół Słońca. Te pierwsze pochodzą głównie z pobliskiego pasa asteroid, ale przede wszystkim z Pasa Kuipera oraz Dysku Rozproszonego, i obiegają Słońce w czasie krótszym niż 200 lat. Należy do nich kometa Halleya. Z kolei długookresowe wywodzą się raczej z Obłoku Oorta, mają bardzo wydłużone orbity, a okrążenie Słońca zajmuje im ponad 200 lat.

Wreszcie istnieją też tzw. komety nieokresowe, czyli jednopojawieniowe (pochodzą z Obłoku Oorta), które tylko raz przelatują w okolicy Słońca. Ich orbity są otwarte – mają kształt hiperboli lub paraboli, często ze znacznym rozchyleniem ramion (mówi się wówczas, że ich mimośrody są duże). Taka kometa już nigdy nie wraca do naszego Układu, gdyż kieruje się na trajektorię prowadzącą poza Układ. (Na marginesie: największy do tej pory mimośród miał pierwszy zaobserwowany przez ludzi pozasłoneczny obiekt galaktyczny – kometa lub asteroida – który wtargnął w nasz Układ Słoneczny nieco ponad rok temu, czyli tzw. Oumuamua.)

Wszystkie komety są do siebie dość podobne, choć oczywiście mogą się istotnie różnić wielkością. Gdy zbliżają się do Słońca, jego oddziaływanie podgrzewa je, powodując częściowe roztopienie lodu i uwolnienie znacznych ilości pyłu i gazu. Powstają koma komety, czyli jasna i mocno świecąca jej część główna, oraz ogon, będący jej najbardziej charakterystycznym elementem. Przy czym ogon nie jest jednorodny; składa się z dwóch części. Ogon pyłowy zawiera stosunkowo duże i ciężkie cząstki, jest biały i rozpościera się za kometą, zgodnie z jej trajektorią. Z kolei ogon gazowy budują znacznie mniejsze cząstki, które pod wpływem oddziaływania wiatru słonecznego ulegają jonizacji i zaczynają świecić niebieskim światłem. Nie rozciąga się za kometą, lecz podlega oddziaływaniom magnetycznym Słońca i zgodnie z liniami rozchodzenia się wiatru słonecznego jest zawsze po stronie przeciwnej do naszej gwiazdy. Odchodzi więc w mniejszym lub w większym stopniu w bok od trajektorii komety.

Tańcząca baletnica

Kometa McNaughta była właśnie kometą jednopojawieniową, przybyłą najpewniej aż z Obłoku Oorta. Jej orbita miała kształt mocno rozwartej hiperboli o dużym mimośrodzie. Mimo że dość dobrze przyjrzano się jej podczas bliskiego przelotu obok Ziemi – w styczniu 2007 r. było to 0,8 j.a. – wciąż zagadką pozostawało, co wywołało u niej spektakularne prążkowanie pyłowego ogona. Przecież ogon taki to struktura dość stabilna i niepoddająca się oddziaływaniu wiatru słonecznego oraz magnetyzmu Słońca. W końcu odpowiedź przyszła z University College London, którego badacze pracujący w Mullard Space Science Laboratory przez kilka lat analizowali wszystkie dostępne dane dotyczące tej komety oraz innych podobnie zachowujących się komet.

Otóż przyczyną tego spektakularnego zjawiska jest coś, co naukowcy zajmujący się Słońcem i Układem Słonecznym nazywają heliosferycznym arkuszem prądowym, który sięga od Słońca aż po Plutona i ma grubość ok. 10 tys. km. W miarę jak Słońce się obraca, jego pole magnetyczne skręca się w spiralę, zwaną – od jej odkrywcy Eugena Parkera – spiralą Parkera (notabene to właśnie na cześć tego amerykańskiego badacza oddziaływań słonecznych nazwano wystrzeloną w sierpniu zeszłego roku w najbliższe sąsiedztwo Słońca sondę). Gdy spiralny arkusz magnetyczny zmienia polaryzację z północnej na południową, skręca się w inny twór, zwany spódnicą baletnicy (patrz ilustracja powyżej, wizualizację tego zjawiska można obejrzeć tu: www. youtube. com/watch? v=2434rAbImf0). Ta obraca się wraz ze Słońcem co 27 dni i podczas tych obrotów grzbiety i doliny rozkręconej spódnicy (warstwy prądowej) silnie oddziałują magnetycznie i elektrycznie na cały Układ. Prążkowanie, czyli inaczej rozszczepienie materialnych ogonów komet, jest jednym z efektów tego zjawiska. Następuje ono, gdy kometa i jej pyłowy ogon przechodzą przez grzbiet spódnicy baletnicy podczas zmiany polaryzacji pola magnetycznego Słońca. Wtedy ogon dzieli się na kilka albo nawet kilkadziesiąt bardziej lub mniej wyodrębnionych warkoczy. Stąd te spektakularne podziały ogonów i ich wspaniałe obrazy. To dowodzi też jeszcze innej rzeczy. A mianowicie, że cząstki materialne ogonów komet nie są obojętne elektrycznie.

Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”

01.01.2019 Numer 1/2019

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną