El cometa Shoemaker-Levy 9 ( formalmente designado D/1993 F2 ) fue un cometa que se desintegró 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 en 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 observado orbitando un planeta, y probablemente había sido capturado por Júpiter alrededor de 20 a 30 años antes.
Los cálculos demostraron que su inusual forma fragmentada se debía a un acercamiento previo a Júpiter en julio de 1992. En ese momento, la órbita de Shoemaker-Levy 9 pasaba dentro del límite de Roche de Júpiter, y las fuerzas de marea de Júpiter habían actuado para desmembrar el cometa. El cometa fue observado más tarde como una serie de fragmentos de hasta 2 km (1,2 mi) 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 eran más visibles que la Gran Mancha Roja y persistieron durante muchos meses.
Mientras llevaban a cabo 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 46 cm (1,51 pies) en el Observatorio Palomar en California . El cometa fue, por lo 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 Shoemaker y Levy, de ahí su nombre . Fue su undécimo descubrimiento de cometa en total, incluyendo el descubrimiento de dos cometas no periódicos, que utilizan una nomenclatura diferente. El descubrimiento fue anunciado en la Circular 5725 de la UAI el 26 de marzo de 1993. [6]
La imagen del descubrimiento dio la primera pista 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 unos 4 grados de Júpiter visto desde la Tierra y que, aunque esto podría ser un efecto de la línea de visión, su movimiento aparente en el cielo sugería que el cometa estaba físicamente cerca del planeta. [6]
Los estudios orbitales del nuevo cometa pronto revelaron que orbitaba alrededor de Júpiter en lugar de alrededor del Sol , a diferencia de todos los demás cometas conocidos en ese momento. Su órbita alrededor de Júpiter estaba muy poco definida, con un período de aproximadamente 2 años y un 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 altamente excéntrica ( e = 0,9986). [8]
El rastreo del movimiento orbital del cometa reveló que había estado orbitando Júpiter durante algún tiempo. Es probable que fuera capturado desde una órbita solar a principios de la década de 1970, aunque la captura puede haber ocurrido ya a mediados de la década de 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, Satoru 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 coma de polvo débil, 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 pre-recuperación que se remonten a antes de marzo de 1993. Antes de que el cometa fuera capturado por Júpiter, era probablemente un cometa de período corto con un afelio justo dentro de la órbita de Júpiter y un perihelio en el interior del cinturón de asteroides . [12]
El volumen del espacio dentro del cual se puede decir que un objeto orbita alrededor de Júpiter está definido por la esfera de Hill de Júpiter. Cuando el cometa pasó por Júpiter a finales de los años 1960 o principios de los años 1970, se encontraba cerca de su afelio y se encontraba ligeramente dentro de la esfera de 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 en línea recta hacia Júpiter, por lo que terminó en una órbita jovianocéntrica de muy alta excentricidad, es decir, la elipse estaba casi aplanada. [13]
El cometa aparentemente había pasado extremadamente cerca de Júpiter el 7 de julio de 1992, a poco más de 40.000 km (25.000 mi) por encima de sus cimas de nubes, una distancia menor que el radio de Júpiter de 70.000 km (43.000 mi), y dentro de la órbita de la luna más interna de Júpiter, Metis, y el límite de Roche del planeta , dentro del cual las fuerzas de marea son lo suficientemente fuertes como para romper un cuerpo que se mantiene unido solo por la gravedad. [13] Aunque el cometa se había acercado mucho a Júpiter antes, el encuentro del 7 de julio parecía ser de lejos el más cercano, y se cree que la fragmentación del cometa se produjo en este momento. Cada fragmento del cometa fue denotado por una letra del alfabeto, desde "fragmento A" hasta "fragmento W", una práctica ya establecida a partir de cometas fragmentados observados anteriormente. [14]
Más emocionante para los astrónomos planetarios fue que los mejores cálculos orbitales sugerían que el cometa pasaría a 45.000 km (28.000 mi) del centro de Júpiter, una distancia menor que el radio del planeta, lo que significa 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 estrellaría contra la atmósfera de Júpiter en un período de aproximadamente cinco días. [13]
El descubrimiento de que era probable que el cometa colisionara con Júpiter causó gran entusiasmo dentro de la comunidad astronómica y fuera de ella, ya que los astrónomos nunca antes habían visto colisionar dos cuerpos importantes del Sistema Solar. Se llevaron a cabo estudios intensivos 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 brindaría a los científicos una oportunidad única de observar 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 tenían un tamaño que iba desde unos pocos cientos de metros (alrededor de 1.000 pies) hasta dos kilómetros (1,2 millas) de diámetro, lo que sugiere que el cometa original puede haber tenido un núcleo de hasta 5 km (3,1 millas) de diámetro, 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 antes del impacto fue si los efectos del impacto de cuerpos tan pequeños serían perceptibles desde la Tierra, aparte de un destello cuando se desintegraran 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 hacia la luz del sol para ser visibles desde la Tierra. [17] Otros efectos sugeridos de los impactos fueron las ondas sísmicas que viajaban a través del planeta, un aumento de la neblina estratosférica en el planeta debido al polvo de los impactos y un aumento de la masa del sistema de anillos joviales . Sin embargo, dado que observar una colisión de esas características era algo completamente inédito, los astrónomos fueron cautelosos con sus predicciones sobre lo que el evento podría revelar. [8]
La expectación aumentó a medida que se acercaba la fecha prevista para las colisiones, y los astrónomos apuntaron sus telescopios terrestres hacia 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 se dirigía a un encuentro con Júpiter programado para 1995. Aunque los impactos tuvieron lugar en el lado de Júpiter oculto a la Tierra, Galileo , que en ese momento se encontraba a una distancia de 1,6 UA (240 millones de km; 150 millones de mi) del planeta, pudo ver los impactos cuando ocurrieron. La rápida rotación de Júpiter permitió a los observadores terrestres ver los lugares de impacto unos minutos después de las colisiones. [19]
Otras dos sondas espaciales realizaron observaciones en el momento del impacto: la nave espacial Ulysses , diseñada principalmente para observaciones solares , apuntaba hacia Júpiter desde su ubicación a 2,6 UA (390 millones de km; 240 millones de mi) de distancia, y la distante sonda Voyager 2 , a unas 44 UA (6.600 millones de km; 4.100 millones de mi) de Júpiter y en camino de salida del Sistema Solar tras su encuentro con Neptuno en 1989, estaba programada 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 del Galileo detectaron una bola de fuego que alcanzó una temperatura máxima de unos 24.000 K (23.700 °C; 42.700 °F), en comparación con la temperatura típica de la cima de las nubes jovianas de unos 130 K (−143 °C; −226 °F). Después se expandió y se enfrió rápidamente a unos 1.500 K (1.230 °C; 2.240 °F). La columna de fuego alcanzó rápidamente una altura de más de 3.000 km (1.900 mi) y fue observada por el HST. [21] [22]
Unos minutos después de detectarse la bola de fuego del impacto, Galileo midió un nuevo calentamiento, probablemente debido al material expulsado que caía 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 pensó que esta y las manchas oscuras posteriores 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 seis días siguientes se observaron 21 impactos distintos, siendo el más grande el del 18 de julio a las 07:33 UTC, cuando el fragmento G impactó en Júpiter. Este impacto creó una mancha oscura gigante de más de 12.000 km o 7.500 mi [26] (casi un diámetro de la Tierra ) de ancho, y se estimó que liberó una energía equivalente a 6.000.000 de megatones de TNT (600 veces el arsenal nuclear mundial). [27] Dos impactos con 12 horas de diferencia el 19 de julio crearon marcas de impacto de tamaño similar a la causada por el fragmento G, y los impactos continuaron hasta el 22 de julio, cuando el fragmento W impactó el planeta. [28]
Los observadores esperaban que los impactos les permitieran ver por primera vez Júpiter bajo 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 (S2 ) y al disulfuro de carbono (CS2 ) , la primera detección de ambos en Júpiter y la segunda detección de S2 en un objeto astronómico . Otras moléculas detectadas incluyeron amoníaco (NH3 ) y sulfuro de hidrógeno (H2S ) . La cantidad de azufre implicada por las cantidades de estos compuestos fue mucho mayor que la cantidad que se esperaría en un núcleo cometario pequeño, lo que demuestra que se estaba revelando material del interior de Júpiter. No se detectaron moléculas portadoras de oxígeno , como el dióxido de azufre , para sorpresa de los astrónomos. [29]
Además de estas moléculas , se detectaron emisiones de átomos pesados como hierro , magnesio y silicio , con cantidades consistentes con las que se encontrarían en el núcleo de un cometa. Aunque se detectó una cantidad sustancial de agua mediante espectroscopia, no fue tanta como se predijo, lo que significa que o bien la capa de agua que se cree que existe debajo de las nubes era más delgada de lo previsto, o bien los fragmentos cometarios no penetraron lo suficientemente profundo. [30]
Como se predijo, las colisiones generaron enormes ondas que atravesaron 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 pensaron que la capa estable debía estar dentro de la hipotética nube de agua troposférica . Sin embargo, otras evidencias parecían indicar que los fragmentos cometarios no habían alcanzado la capa de agua y que las ondas se estaban propagando dentro de la estratosfera . [31]
Las observaciones de radio revelaron un marcado aumento en la emisión continua en una longitud de onda de 21 cm (8,3 pulgadas) después de los impactos más grandes, que alcanzó un máximo del 120% de la emisión normal del planeta. [32] Se pensó que esto se debía a la radiación de 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 una emisión auroral cerca de la región de 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 fue que las ondas de choque ascendentes aceleradas por el impacto aceleraron las partículas cargadas lo suficiente como para causar una emisión auroral, un fenómeno más típicamente asociado con partículas de viento solar de rápido movimiento 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 Ío , un toro de partículas de alta energía que conecta a Júpiter con la luna altamente volcánica Ío . Estudios espectroscópicos de alta resolución encontraron que las variaciones en la densidad de 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 detectó nada con sus cálculos, lo que demuestra que las bolas de fuego estaban justo por debajo del límite de detección de la nave; no se registraron niveles anormales de radiación ultravioleta o señales de radio después de la explosión. [20] [36] Ulysses tampoco detectó 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 media era de unos 0,5 g/cm3 ( 0,018 lb/cu in); la fragmentación de un cometa mucho menos denso no se habría parecido a la cadena de objetos observada. Se calculó que el tamaño del cometa original era de unos 1,8 km (1,1 mi) de diámetro. [3] [4] Estas predicciones fueron de las pocas que se confirmaron mediante observaciones posteriores. [37]
Una de las sorpresas de los impactos fue la pequeña cantidad de agua revelada en comparación con las predicciones anteriores. [38] Antes del impacto, los modelos de la atmósfera de Júpiter habían indicado que la ruptura de los fragmentos más grandes ocurriría a presiones atmosféricas de entre 30 kilopascales y algunas decenas de megapascales (de 0,3 a unos pocos cientos de bares ), [30] con algunas predicciones de que el cometa penetraría una capa de agua y crearía un sudario azulado sobre esa región de Júpiter. [16]
Los astrónomos no observaron grandes cantidades de agua después de las colisiones, y estudios posteriores sobre el impacto descubrieron que la fragmentación y destrucción de los fragmentos cometarios en una explosión de aire de meteorito probablemente ocurrió a altitudes mucho mayores de lo que se esperaba anteriormente, y que incluso los fragmentos más grandes se destruyeron cuando la presión alcanzó los 250 kPa (36 psi), muy por encima de la profundidad esperada de la capa de agua. Los fragmentos más pequeños probablemente se destruyeron incluso antes de que alcanzaran la capa de nubes. [30]
Las cicatrices visibles de los impactos se pudieron ver en Júpiter durante muchos meses. Eran extremadamente prominentes y los observadores las 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 es notable por su llamativo color, nunca antes ni desde entonces se habían registrado manchas del tamaño y la oscuridad de las causadas por los impactos de SL9. [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, y que una cantidad considerable de amoníaco estaba presente en la estratosfera, a diferencia de su ubicación normal en la troposfera. [40]
Contrariamente a lo que se podría intuir, la temperatura atmosférica descendió 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 mi) de ancho, pero volvieron a niveles normales una semana después del impacto. En los 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 2-3 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 cometarias alrededor de Júpiter son inestables, ya que serán altamente elípticas y es probable que se vean fuertemente perturbadas por la gravedad del Sol en apojove (el punto más alejado de la órbita desde el planeta).
Júpiter , 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 mi) de diámetro impactan el planeta una vez cada aproximadamente 500 años y los de 1,6 km (1 mi) de diámetro lo hacen solo una vez cada 6000 años. [45]
Hay pruebas muy sólidas de que los cometas se han fragmentado previamente y han colisionado 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 fue inicialmente un misterio. [46] Las cadenas de cráteres vistas en la Luna a menudo irradian desde cráteres grandes, y se cree que son causadas por impactos secundarios de la eyección original, pero las cadenas en las lunas jovianas no condujeron de regreso a un cráter más grande. El impacto de SL9 implicó firmemente que las cadenas se debieron a trenes de fragmentos cometarios interrumpidos que chocaron contra los satélites. [47]
El 19 de julio de 2009, exactamente 15 años después de los impactos de SL9, apareció una nueva mancha negra del tamaño del océano Pacífico en el hemisferio sur de Júpiter. Las mediciones infrarrojas térmicas 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 un objeto más compacto y fuerte, probablemente un pequeño asteroide no descubierto, fue la causa. [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 tanto de los desechos interestelares como de los del sistema, actuando como una "aspiradora cósmica" para el Sistema Solar ( barrera de Júpiter ). La fuerte influencia gravitatoria del planeta atrae muchos cometas y asteroides pequeños y se cree que la tasa de impactos cometarios en Júpiter es entre 2.000 y 8.000 veces mayor que la tasa en la Tierra. [49]
En general, se cree que la extinción de los dinosaurios no aviares al final del período Cretácico fue causada por el evento de impacto del Cretácico-Paleógeno , que creó el cráter Chicxulub , [50] lo que demuestra que los impactos cometarios son de hecho una amenaza grave 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 podría no haber 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 cometas en la Tierra. Un planeta con la masa de Júpiter todavía parece proporcionar una mayor protección contra los asteroides, pero el efecto total sobre 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 en la Tierra. [52] [53] [54]
En el caso de los cometas que interactúan con Júpiter y tienen un diámetro superior a 1 km, se produce un impacto con Júpiter cada 500-1000 años, y un impacto con la Tierra cada 2-4 millones de años.
