El cometa Shoemaker-Levy 9 ( designado formalmente D/1993 F2 ) se rompió en julio de 1992 y chocó con Júpiter en julio de 1994, proporcionando la primera observación directa de una colisión extraterrestre de objetos del Sistema Solar . [5] Esto generó una gran cantidad de cobertura en los medios populares, y el cometa fue observado de cerca por astrónomos de todo el mundo. La colisión proporcionó nueva información sobre Júpiter y destacó su posible papel en la reducción de desechos espaciales en el Sistema Solar interior .
El cometa fue descubierto por los astrónomos Carolyn y Eugene M. Shoemaker , y David Levy en 1993. [6] Shoemaker-Levy 9 (SL9) había sido capturado por Júpiter y estaba orbitando el planeta en ese momento. Fue localizado la noche del 24 de marzo en una fotografía tomada con el telescopio Schmidt de 46 cm (18 pulgadas) en el Observatorio Palomar en California . Fue el primer cometa activo que se observó orbitando un planeta y probablemente había sido capturado por Júpiter entre 20 y 30 años antes.
Los cálculos mostraron que su inusual forma fragmentada se debía a un acercamiento anterior a Júpiter en julio de 1992. En ese momento, la órbita de Shoemaker-Levy 9 pasó dentro del límite de Roche de Júpiter , y las fuerzas de marea de Júpiter habían actuado para separar el cometa. Posteriormente, el cometa fue observado como una serie de fragmentos de hasta 2 km (1,2 millas) de diámetro. Estos fragmentos colisionaron con el hemisferio sur de Júpiter entre el 16 y el 22 de julio de 1994 a una velocidad de aproximadamente 60 km/s (37 mi/s) ( velocidad de escape de Júpiter ) o 216.000 km/h (134.000 mph). Las cicatrices prominentes de los impactos fueron más fácilmente visibles que la Gran Mancha Roja y persistieron durante muchos meses.
Mientras realizaban un programa de observaciones diseñado para descubrir objetos cercanos a la Tierra , los Shoemakers y Levy descubrieron el cometa Shoemaker-Levy 9 en la noche del 24 de marzo de 1993, en una fotografía tomada con el telescopio Schmidt de 0,46 m (1,5 pies) en Palomar. Observatorio en California . El cometa fue, por tanto, un descubrimiento fortuito, pero que rápidamente eclipsó los resultados de su programa de observación principal. [7]
El cometa Shoemaker-Levy 9 fue el noveno cometa periódico (un cometa cuyo período orbital es de 200 años o menos) descubierto por los Shoemakers y Levy, de ahí su nombre . Fue su undécimo descubrimiento de cometas en general, incluido el descubrimiento de dos cometas no periódicos, que utilizan una nomenclatura diferente. El descubrimiento fue anunciado en la Circular 5725 de la IAU el 26 de marzo de 1993. [6]
La imagen del descubrimiento dio el primer indicio de que el cometa Shoemaker-Levy 9 era un cometa inusual, ya que parecía mostrar múltiples núcleos en una región alargada de unos 50 segundos de arco de largo y 10 segundos de arco de ancho. Brian G. Marsden , de la Oficina Central de Telegramas Astronómicos, señaló que el cometa se encontraba a sólo 4 grados de Júpiter visto desde la Tierra, y que aunque esto podría ser un efecto de línea de visión, su movimiento aparente en el cielo sugería que el El cometa estaba físicamente cerca del planeta. [6]
Los estudios orbitales del nuevo cometa pronto revelaron que estaba orbitando Júpiter en lugar del Sol , a diferencia de todos los demás cometas conocidos en ese momento. Su órbita alrededor de Júpiter estaba muy vagamente delimitada, con un período de aproximadamente 2 años y una apoapsis (el punto de la órbita más alejado del planeta) de 0,33 unidades astronómicas (49 millones de kilómetros; 31 millones de millas). Su órbita alrededor del planeta era muy excéntrica ( e = 0,9986). [8]
El seguimiento del movimiento orbital del cometa reveló que había estado orbitando Júpiter durante algún tiempo. Es probable que haya sido capturado desde una órbita solar a principios de los años 1970, aunque la captura puede haber ocurrido ya a mediados de los años 1960. [9] Varios otros observadores encontraron imágenes del cometa en imágenes previas a la recuperación obtenidas antes del 24 de marzo, incluido Kin Endate de una fotografía expuesta el 15 de marzo, S. Otomo el 17 de marzo y un equipo dirigido por Eleanor Helin de imágenes del 19 de marzo. [10] Una imagen del cometa en una placa fotográfica Schmidt tomada el 19 de marzo fue identificada el 21 de marzo por M. Lindgren, en un proyecto de búsqueda de cometas cerca de Júpiter. [11] Sin embargo, como su equipo esperaba que los cometas estuvieran inactivos o, en el mejor de los casos, exhibieran una débil coma de polvo, y SL9 tenía una morfología peculiar, su verdadera naturaleza no fue reconocida hasta el anuncio oficial 5 días después. No se han encontrado imágenes de recuperación anteriores a marzo de 1993. Antes de que Júpiter capturara el cometa, probablemente era un cometa de período corto con un afelio justo dentro de la órbita de Júpiter y un perihelio interior al cinturón de asteroides . [12]
El volumen de espacio dentro del cual se puede decir que un objeto orbita alrededor de Júpiter está definido por la esfera Hill de Júpiter . Cuando el cometa pasó por Júpiter a finales de los años 1960 o principios de los 1970, se encontraba cerca de su afelio y se encontró ligeramente dentro de la esfera Hill de Júpiter. La gravedad de Júpiter empujó al cometa hacia él. Debido a que el movimiento del cometa con respecto a Júpiter era muy pequeño, cayó casi directamente hacia Júpiter, razón por la cual terminó en una órbita centrada en Júpiter de muy alta excentricidad, es decir, la elipse estaba casi aplanada. [13]
Al parecer, el cometa había pasado extremadamente cerca de Júpiter el 7 de julio de 1992, a poco más de 40.000 km (25.000 millas) por encima de las cimas de sus nubes, una distancia menor que el radio de Júpiter de 70.000 km (43.000 millas), y muy dentro de la órbita de la órbita más interna de Júpiter. luna Metis y el límite de Roche del planeta , dentro del cual las fuerzas de marea son lo suficientemente fuertes como para alterar un cuerpo mantenido unido sólo por la gravedad. [13] Aunque el cometa se había acercado mucho a Júpiter antes, el encuentro del 7 de julio pareció ser, con mucho, el más cercano, y se cree que la fragmentación del cometa ocurrió en ese momento. Cada fragmento del cometa fue indicado por una letra del alfabeto, desde el "fragmento A" hasta el "fragmento W", una práctica ya establecida a partir de cometas fragmentados observados anteriormente. [14]
Lo más interesante para los astrónomos planetarios fue que los mejores cálculos orbitales sugerían que el cometa pasaría a 45.000 km (28.000 millas) del centro de Júpiter, una distancia menor que el radio del planeta, lo que significaba que había una probabilidad extremadamente alta de que SL9 colisionara. con Júpiter en julio de 1994. [15] Los estudios sugirieron que el tren de núcleos se adentraría en la atmósfera de Júpiter durante un período de unos cinco días. [13]
El descubrimiento de que era probable que el cometa colisionara con Júpiter causó gran entusiasmo dentro y fuera de la comunidad astronómica, ya que los astrónomos nunca antes habían visto colisionar dos cuerpos importantes del Sistema Solar. Se llevaron a cabo intensos estudios del cometa y, a medida que se estableció con mayor precisión su órbita, la posibilidad de una colisión se convirtió en una certeza. La colisión proporcionaría una oportunidad única para que los científicos observen el interior de la atmósfera de Júpiter, ya que se esperaba que las colisiones causaran erupciones de material de las capas normalmente ocultas debajo de las nubes. [8]
Los astrónomos estimaron que los fragmentos visibles de SL9 variaban en tamaño desde unos pocos cientos de metros (alrededor de 1000 pies) hasta dos kilómetros (1,2 millas) de ancho, lo que sugiere que el cometa original pudo haber tenido un núcleo de hasta 5 km (3,1 millas) de ancho. algo más grande que el cometa Hyakutake , que se volvió muy brillante cuando pasó cerca de la Tierra en 1996. Uno de los grandes debates previos al impacto fue si los efectos del impacto de cuerpos tan pequeños serían perceptibles desde la Tierra, aparte de un Destellaron mientras se desintegraban como meteoros gigantes . [16] La predicción más optimista fue que grandes bolas de fuego balísticas asimétricas se elevarían por encima del limbo de Júpiter y llegarían a la luz del sol para ser visibles desde la Tierra. [17] Otros efectos sugeridos de los impactos fueron ondas sísmicas que viajaron a través del planeta, un aumento de la neblina estratosférica en el planeta debido al polvo de los impactos y un aumento en la masa del sistema de anillos jovianos . Sin embargo, dado que observar tal colisión no tenía precedentes, los astrónomos fueron cautelosos con sus predicciones sobre lo que podría revelar el evento. [8]
La anticipación creció a medida que se acercaba la fecha prevista para las colisiones y los astrónomos apuntaban telescopios terrestres a Júpiter. Varios observatorios espaciales hicieron lo mismo, entre ellos el telescopio espacial Hubble , el satélite de observación de rayos X ROSAT , el observatorio WM Keck y la nave espacial Galileo , que entonces se dirigía a un encuentro con Júpiter previsto para 1995. Aunque los impactos se produjeron En el lado de Júpiter oculto a la Tierra, Galileo , entonces a una distancia de 1,6 AU (240 millones de kilómetros; 150 millones de millas) del planeta, pudo ver los impactos a medida que ocurrían. La rápida rotación de Júpiter puso a la vista de los observadores terrestres los lugares de impacto unos minutos después de las colisiones. [19]
Otras dos sondas espaciales hicieron observaciones en el momento del impacto: la nave espacial Ulysses , diseñada principalmente para observaciones solares , apuntaba hacia Júpiter desde su ubicación a 2,6 AU (390 millones de kilómetros; 240 millones de millas) de distancia, y la distante sonda Voyager 2 , A unas 44 AU (6,6 mil millones de kilómetros; 4,1 mil millones de millas) de Júpiter y en su salida del Sistema Solar luego de su encuentro con Neptuno en 1989, fue programado para buscar emisiones de radio en el rango de 1 a 390 kHz y realizar observaciones con su espectrómetro ultravioleta. [20]
El astrónomo Ian Morison describió los impactos de la siguiente manera:
El primer impacto se produjo a las 20:13 UTC del 16 de julio de 1994, cuando el fragmento A del núcleo [del cometa] se estrelló contra el hemisferio sur de Júpiter a unos 60 km/s (35 mi/s). Los instrumentos de Galileo detectaron una bola de fuego que alcanzó una temperatura máxima de aproximadamente 24.000 K (23.700 °C; 42.700 °F), en comparación con la temperatura típica de la cima de las nubes jovianas de aproximadamente 130 K (-143 °C; -226 °F). Luego se expandió y se enfrió rápidamente a aproximadamente 1500 K (1230 °C; 2240 °F). La columna de la bola de fuego alcanzó rápidamente una altura de más de 3.000 km (1.900 millas) y fue observada por el HST. [21] [22]
Unos minutos después de que se detectara la bola de fuego del impacto, Galileo midió un nuevo calentamiento, probablemente debido a la caída del material expulsado sobre el planeta. Los observadores terrestres detectaron la bola de fuego elevándose sobre el borde del planeta poco después del impacto inicial. [23]
A pesar de las predicciones publicadas, [17] los astrónomos no esperaban ver las bolas de fuego de los impactos [24] y no tenían idea de cuán visibles serían los otros efectos atmosféricos de los impactos desde la Tierra. Los observadores pronto vieron una enorme mancha oscura después del primer impacto; la mancha era visible desde la Tierra. Se pensaba que esta y las siguientes manchas oscuras habían sido causadas por escombros de los impactos y eran marcadamente asimétricas, formando formas de media luna frente a la dirección del impacto. [25]
Durante los siguientes seis días, se observaron 21 impactos distintos, el más grande se produjo el 18 de julio a las 07:33 UTC, cuando el fragmento G chocó contra Júpiter. Este impacto creó una mancha oscura gigante de más de 12.000 km o 7.500 millas [26] (casi un diámetro de la Tierra ) de ancho, y se estimó que liberó una energía equivalente a 6.000.000 megatones de TNT (600 veces el arsenal nuclear del mundo). [27] Dos impactos con 12 horas de diferencia el 19 de julio crearon marcas de impacto de tamaño similar a las causadas por el fragmento G, y los impactos continuaron hasta el 22 de julio, cuando el fragmento W golpeó el planeta. [28]
Los observadores esperaban que los impactos les permitieran vislumbrar por primera vez a Júpiter debajo de las cimas de las nubes, ya que el material inferior quedó expuesto por los fragmentos del cometa que atravesaron la atmósfera superior. Los estudios espectroscópicos revelaron líneas de absorción en el espectro joviano debido al azufre diatómico (S 2 ) y al disulfuro de carbono (CS 2 ), la primera detección de ambos en Júpiter, y sólo la segunda detección de S 2 en cualquier objeto astronómico . Otras moléculas detectadas incluyeron amoníaco (NH 3 ) y sulfuro de hidrógeno (H 2 S). La cantidad de azufre implicada en las cantidades de estos compuestos era mucho mayor que la cantidad que se esperaría en un núcleo de cometa pequeño, lo que demuestra que se estaba revelando material del interior de Júpiter. Para sorpresa de los astrónomos, no se detectaron moléculas portadoras de oxígeno , como el dióxido de azufre . [29]
Además de estas moléculas , se detectó emisión de átomos pesados como hierro , magnesio y silicio , con abundancias acordes con las que se encontrarían en un núcleo cometario. Aunque se detectó espectroscópicamente una cantidad sustancial de agua, no fue tanta como se predijo, lo que significa que o la capa de agua que se pensaba que existía debajo de las nubes era más delgada de lo previsto, o que los fragmentos del cometa no penetraron lo suficientemente profundo. [30]
Como se predijo, las colisiones generaron enormes ondas que barrieron Júpiter a velocidades de 450 m/s (1500 pies/s) y se observaron durante más de dos horas después de los impactos más grandes. Se pensaba que las ondas viajaban dentro de una capa estable que actuaba como guía de ondas , y algunos científicos pensaban que la capa estable debía estar dentro de la supuesta nube de agua troposférica . Sin embargo, otras evidencias parecían indicar que los fragmentos del cometa no habían alcanzado la capa de agua y que las ondas se propagaban dentro de la estratosfera . [31]
Las observaciones de radio revelaron un fuerte aumento en la emisión continua a una longitud de onda de 21 cm (8,3 pulgadas) después de los impactos más grandes, que alcanzaron un máximo del 120% de la emisión normal del planeta. [32] Se pensaba que esto se debía a la radiación sincrotrón , causada por la inyección de electrones relativistas (electrones con velocidades cercanas a la velocidad de la luz) en la magnetosfera joviana por los impactos. [33]
Aproximadamente una hora después de que el fragmento K entrara en Júpiter, los observadores registraron emisiones aurorales cerca de la región del impacto, así como en la antípoda del lugar del impacto con respecto al fuerte campo magnético de Júpiter . La causa de estas emisiones fue difícil de establecer debido a la falta de conocimiento del campo magnético interno de Júpiter y de la geometría de los lugares de impacto. Una posible explicación era que las ondas de choque del impacto, que se aceleraban hacia arriba, aceleraban las partículas cargadas lo suficiente como para provocar la emisión de auroras, un fenómeno más típicamente asociado con partículas de viento solar que se mueven rápidamente y que golpean una atmósfera planetaria cerca de un polo magnético . [34]
Algunos astrónomos habían sugerido que los impactos podrían tener un efecto notable en el toro de Io , un toro de partículas de alta energía que conecta a Júpiter con la luna altamente volcánica Io . Los estudios espectroscópicos de alta resolución encontraron que las variaciones en la densidad de los iones , la velocidad de rotación y las temperaturas en el momento del impacto y después estaban dentro de los límites normales. [35]
La Voyager 2 no pudo detectar nada y los cálculos mostraron que las bolas de fuego estaban justo por debajo del límite de detección de la nave; Después de la explosión no se registraron niveles anormales de radiación ultravioleta ni señales de radio. [20] [36] Ulises tampoco pudo detectar ninguna frecuencia de radio anormal. [20]
Se idearon varios modelos para calcular la densidad y el tamaño de Shoemaker-Levy 9. Se calculó que su densidad promedio era de aproximadamente 0,5 g/cm 3 (0,018 lb/cu in); la desintegración de un cometa mucho menos denso no se habría parecido a la cadena de objetos observada. Se calculó que el tamaño del cometa padre era de aproximadamente 1,8 km (1,1 millas) de diámetro. [3] [4] Estas predicciones estuvieron entre las pocas que realmente fueron confirmadas por observaciones posteriores. [37]
Una de las sorpresas de los impactos fue la pequeña cantidad de agua revelada en comparación con predicciones anteriores. [38] Antes del impacto, los modelos de la atmósfera de Júpiter habían indicado que la ruptura de los fragmentos más grandes se produciría a presiones atmosféricas de entre 30 kilopascales y algunas decenas de megapascales (de 0,3 a unos cientos de bares ), [30 ] con algunas predicciones de que el cometa penetraría una capa de agua y crearía un manto azulado sobre esa región de Júpiter. [dieciséis]
Los astrónomos no observaron grandes cantidades de agua después de las colisiones, y estudios de impacto posteriores encontraron que la fragmentación y destrucción de los fragmentos del cometa en una explosión de aire de meteorito probablemente ocurrió a altitudes mucho más altas de lo que se esperaba anteriormente, e incluso los fragmentos más grandes fueron destruidos cuando la presión alcanzó 250 kPa (36 psi), muy por encima de la profundidad esperada de la capa de agua. Los fragmentos más pequeños probablemente fueron destruidos incluso antes de alcanzar la capa de nubes. [30]
Las cicatrices visibles de los impactos pudieron verse en Júpiter durante muchos meses. Eran extremadamente prominentes y los observadores los describieron como más fácilmente visibles que la Gran Mancha Roja . Una búsqueda de observaciones históricas reveló que las manchas eran probablemente las características transitorias más prominentes jamás vistas en el planeta, y que aunque la Gran Mancha Roja destaca por su llamativo color, no hay manchas del tamaño y oscuridad de las causadas por los impactos del SL9. jamás se había grabado antes o después. [39]
Los observadores espectroscópicos descubrieron que el amoníaco y el disulfuro de carbono persistieron en la atmósfera durante al menos catorce meses después de las colisiones, con una cantidad considerable de amoníaco presente en la estratosfera en lugar de su ubicación normal en la troposfera. [40]
Contrariamente a la intuición, la temperatura atmosférica cayó a niveles normales mucho más rápidamente en los sitios de impacto más grandes que en los sitios más pequeños: en los sitios de impacto más grandes, las temperaturas se elevaron en una región de 15.000 a 20.000 km (9.300 a 12.400 millas) de ancho, pero volvieron a descender. a niveles normales una semana después del impacto. En sitios más pequeños, las temperaturas 10 K (10 ° C; 18 ° F) más altas que las del entorno persistieron durante casi dos semanas. [41] Las temperaturas estratosféricas globales aumentaron inmediatamente después de los impactos, luego cayeron por debajo de las temperaturas previas al impacto 2 a 3 semanas después, antes de aumentar lentamente a temperaturas normales. [42]
SL9 no es el único que ha orbitado Júpiter durante un tiempo; Se sabe que cinco cometas (incluidos 82P/Gehrels , 147P/Kushida–Muramatsu y 111P/Helin–Roman–Crockett ) han sido capturados temporalmente por el planeta. [43] [44] Las órbitas de los cometas alrededor de Júpiter son inestables, ya que serán muy elípticas y probablemente serán fuertemente perturbadas por la gravedad del Sol en el apojove (el punto más alejado de la órbita del planeta).
Júpiter , con mucho el planeta más masivo del Sistema Solar , puede capturar objetos con relativa frecuencia, pero el tamaño de SL9 lo convierte en una rareza: un estudio posterior al impacto estimó que los cometas de 0,3 km (0,19 millas) de diámetro impactan el planeta una vez cada aproximadamente. 500 años y los de 1,6 km (1 mi) de diámetro lo hacen sólo una vez cada 6.000 años. [45]
Hay pruebas muy sólidas de que los cometas se fragmentaron y colisionaron anteriormente con Júpiter y sus satélites. Durante las misiones Voyager al planeta, los científicos planetarios identificaron 13 cadenas de cráteres en Calisto y tres en Ganímedes , cuyo origen era inicialmente un misterio. [46] Las cadenas de cráteres que se ven en la Luna a menudo irradian desde grandes cráteres y se cree que son causadas por impactos secundarios de los eyectados originales, pero las cadenas en las lunas jovianas no conducían a un cráter más grande. El impacto de SL9 implicaba claramente que las cadenas se debían a trenes de fragmentos de cometas descompuestos que chocaban contra los satélites. [47]
El 19 de julio de 2009, exactamente 15 años después de los impactos del SL9, apareció una nueva mancha negra del tamaño del Océano Pacífico en el hemisferio sur de Júpiter. Las mediciones térmicas infrarrojas mostraron que el lugar del impacto era cálido y el análisis espectroscópico detectó la producción de un exceso de amoníaco caliente y polvo rico en sílice en las regiones superiores de la atmósfera de Júpiter. Los científicos han llegado a la conclusión de que se había producido otro impacto, pero esta vez la causa fue un objeto más compacto y más fuerte, probablemente un pequeño asteroide no descubierto. [48]
Los eventos de la interacción de SL9 con Júpiter resaltaron en gran medida el papel de Júpiter en la protección de los planetas interiores de los desechos interestelares y del sistema al actuar como una "aspiradora cósmica" para el Sistema Solar ( barrera de Júpiter ). La fuerte influencia gravitacional del planeta atrae a muchos cometas y asteroides pequeños y se cree que la tasa de impactos de cometas en Júpiter es entre 2.000 y 8.000 veces mayor que la tasa en la Tierra. [49]
Generalmente se cree que la extinción de los dinosaurios no aviares al final del período Cretácico fue causada por el evento de impacto Cretácico-Paleógeno , que creó el cráter Chicxulub , [50] lo que demuestra que los impactos cometarios son de hecho una grave amenaza para la vida. en la tierra. Los astrónomos han especulado que sin la inmensa gravedad de Júpiter, los eventos de extinción podrían haber sido más frecuentes en la Tierra y la vida compleja no habría podido desarrollarse. [51] Esto es parte del argumento utilizado en la hipótesis de las Tierras Raras .
En 2009, se demostró que la presencia de un planeta más pequeño en la posición de Júpiter en el Sistema Solar podría aumentar significativamente la tasa de impacto de los cometas en la Tierra. Un planeta de la masa de Júpiter todavía parece proporcionar una mayor protección contra los asteroides, pero el efecto total en todos los cuerpos orbitales dentro del Sistema Solar no está claro. Este y otros modelos recientes ponen en duda la naturaleza de la influencia de Júpiter en los impactos terrestres. [52] [53] [54]
Para los cometas de más de 1 km de diámetro que interactúan con Júpiter, se produce un impacto en Júpiter cada 500 a 1000 años y un impacto en la Tierra cada 2 a 4 millones de años.
