El núcleo es la parte central sólida de un cometa , antiguamente llamado bola de nieve sucia o bola de tierra helada . Un núcleo cometario está compuesto de roca , polvo y gases congelados . Cuando son calentados por el Sol , los gases se subliman y producen una atmósfera que rodea el núcleo conocida como coma . La fuerza ejercida sobre la coma por la presión de la radiación solar y el viento solar hace que se forme una enorme cola, que apunta en dirección opuesta al Sol. Un núcleo de cometa típico tiene un albedo de 0,04. [1] Este es más negro que el carbón y puede deberse a una cubierta de polvo. [2]
Los telescopios no podían distinguir los núcleos de los cometas, que se encontraban a una distancia de entre 1 km y decenas de kilómetros. Incluso los telescopios gigantes actuales darían solo unos pocos píxeles en el objetivo, suponiendo que los núcleos no estuvieran ocultos por las comas cuando estuvieran cerca de la Tierra. Para entender el núcleo, en comparación con el fenómeno de la coma, había que deducirlo a partir de múltiples líneas de evidencia.
"Banco de arena volador"
El modelo del "banco de arena volante", propuesto por primera vez a finales del siglo XIX, plantea que un cometa es un enjambre de cuerpos, no un objeto discreto en absoluto. La actividad es la pérdida tanto de volátiles como de miembros de la población. [10] Este modelo fue defendido a mediados de siglo por Raymond Lyttleton , junto con un origen. A medida que el Sol pasaba por la nebulosidad interestelar, el material se agruparía en remolinos de estela. Parte se perdería, pero otra parte permanecería en órbitas heliocéntricas. La captura débil explicaba las órbitas largas, excéntricas e inclinadas de los cometas. Faltaban hielos per se ; los volátiles se almacenaban por adsorción en granos. [11] [12] [13] [14]
"Bola de nieve sucia"
A principios de los años 1950, Fred Lawrence Whipple publicó su modelo de "conglomerado helado". [15] [16] Este modelo se popularizó rápidamente como "bola de nieve sucia". Las órbitas de los cometas se habían determinado con bastante precisión, pero a veces los cometas se recuperaban "fuera de lo previsto", hasta días después. Los primeros cometas se podían explicar por un "medio resistente", como "el éter" , o la acción acumulativa de los meteoroides contra el frente del cometa o los cometas. [ cita requerida ] Pero los cometas podían regresar tanto temprano como tarde. Whipple argumentó que un suave empuje de emisiones asimétricas (ahora "fuerzas no gravitacionales") explicaba mejor la cronología de los cometas. Esto requería que el emisor tuviera fuerza cohesiva: un núcleo único y sólido con cierta proporción de volátiles. Lyttleton continuó publicando trabajos sobre bancos de arena voladores hasta 1972. [17] La sentencia de muerte para el banco de arena volador fue el cometa Halley. Las imágenes de Vega 2 y Giotto mostraron un solo cuerpo, emitiendo a través de una pequeña cantidad de chorros. [18] [19]
"Bola de tierra helada"
Ha pasado mucho tiempo desde que los núcleos de los cometas pudieron ser imaginados como bolas de nieve congeladas. [20] Whipple ya había postulado una corteza y un interior separados. Antes de la aparición del Halley en 1986, parecía que una superficie de hielo expuesta tendría una vida útil finita, incluso detrás de una coma. Se predijo que el núcleo del Halley sería oscuro, no brillante, debido a la destrucción/escape preferencial de gases y la retención de refractarios. [21] [22] [23] [24] El término manto de polvo ha sido de uso común desde hace más de 35 años. [25]
Los resultados del Halley superaron incluso estos: los cometas no son simplemente oscuros, sino que se encuentran entre los objetos más oscuros del Sistema Solar [26] . Además, las estimaciones previas de polvo eran muy inferiores a las reales. En los detectores de las naves espaciales aparecieron tanto granos más finos como guijarros más grandes, pero no en los telescopios terrestres. La fracción volátil también incluía sustancias orgánicas, no solo agua y otros gases. Las proporciones de polvo y hielo parecían mucho más cercanas de lo que se pensaba. Se obtuvieron densidades extremadamente bajas (0,1 a 0,5 g cm-3). [27] Se seguía suponiendo que el núcleo estaba compuesto mayoritariamente de hielo, [18] tal vez de forma abrumadora. [19]
Teoría moderna
Aparte de tres misiones de encuentro, Halley fue un ejemplo. Su trayectoria desfavorable también provocó breves sobrevuelos a velocidad extrema, en un momento dado. Las misiones más frecuentes ampliaron la muestra de objetivos, utilizando instrumentos más avanzados. Por casualidad, eventos como las desintegraciones de Shoemaker-Levy 9 y Schwassmann-Wachmann 3 contribuyeron aún más a la comprensión humana.
Se confirmó que las densidades eran bastante bajas, ~0,6 g cm3. Los cometas eran muy porosos [28] y frágiles a escala micro [29] y macro [30] .
Las relaciones refractario-hielo son mucho más altas, [31] al menos 3:1, [32] posiblemente ~5:1, [33] ~6:1, [34] [25] o más. [35] [36] [37]
Se trata de una inversión total del modelo de bola de nieve sucia. El equipo científico de Rosetta ha acuñado el término "orgánicos minerales", para designar a los minerales y los orgánicos con una fracción menor de hielos. [35]
Los cometas, o sus precursores, se formaron en el Sistema Solar exterior, posiblemente millones de años antes de la formación de los planetas. [38] Cómo y cuándo se formaron los cometas es un tema de debate, con distintas implicaciones para la formación, la dinámica y la geología del Sistema Solar. Las simulaciones tridimensionales por ordenador indican que las principales características estructurales observadas en los núcleos de los cometas se pueden explicar por la acreción a baja velocidad de pares de cometesimales débiles. [39] [40] El mecanismo de creación actualmente favorecido es el de la hipótesis nebular , que afirma que los cometas son probablemente un remanente de los "bloques de construcción" planetesimales originales a partir de los cuales crecieron los planetas. [41] [42] [43]
El núcleo del cometa Halley , que tiene forma de patata (15 × 8 × 8 km) [48] [49], contiene cantidades iguales de hielo y polvo.
Durante un sobrevuelo en septiembre de 2001, la sonda espacial Deep Space 1 observó el núcleo del cometa Borrelly y descubrió que tenía aproximadamente la mitad del tamaño (8×4×4 km) [50] del núcleo del cometa Halley. [48] El núcleo de Borrelly también tenía forma de patata y una superficie negra oscura. [48] Al igual que el cometa Halley, el cometa Borrelly solo liberó gas de pequeñas áreas donde los agujeros en la corteza expusieron el hielo a la luz solar.
C/2006 W3 (Christensen) – emisión de gases de carbono
Se estimó que el núcleo del cometa Hale-Bopp tenía un diámetro de 60 ± 20 km. [51] Hale-Bopp parecía brillante a simple vista porque su núcleo inusualmente grande emitía una gran cantidad de polvo y gas.
El núcleo de P/2007 R5 probablemente tiene sólo entre 100 y 200 metros de diámetro. [52]
Se estima que los mayores centauros (asteroides inestables, que cruzan planetas, helados) tienen entre 250 y 300 km de diámetro. Tres de los más grandes serían 10199 Chariklo (258 km), 2060 Chiron (230 km) y (523727) 2014 NW 65 (≈220 km).
Se ha estimado que los cometas conocidos tienen una densidad promedio de 0,6 g /cm 3 . [53] A continuación se muestra una lista de cometas que han tenido tamaños, densidades y masas estimados.
Composición
En el pasado se creía que el núcleo del cometa Halley estaba formado principalmente por hielo de agua. [60] En el modelo de bola de nieve sucia, el polvo se expulsa cuando el hielo se retira. [61] Según este modelo, aproximadamente el 80% del núcleo del cometa Halley estaría formado por hielo de agua, y el monóxido de carbono ( CO ) congelado constituye otro 15%. Gran parte del resto es dióxido de carbono, metano y amoníaco congelados. [48] Los científicos creen que otros cometas son químicamente similares al cometa Halley. El núcleo del cometa Halley también es de un negro extremadamente oscuro. Los científicos creen que la superficie del cometa, y quizás la de la mayoría de los demás cometas, está cubierta por una costra negra de polvo y roca que cubre la mayor parte del hielo. Estos cometas liberan gas solo cuando los agujeros en esta costra giran hacia el Sol, exponiendo el hielo interior a la luz solar que se calienta. [ cita requerida ]
Esta suposición demostró ser ingenua, a partir de Halley. La composición de la coma no representa la composición del núcleo, ya que la actividad selecciona volátiles y en contra de los refractarios, incluidas las fracciones orgánicas pesadas. [62] [63] Nuestra comprensión ha evolucionado más hacia la mayoría de las rocas; [64] estimaciones recientes muestran que el agua es quizás solo el 20-30% de la masa en núcleos típicos. [65] [66] [61] En cambio, los cometas son predominantemente materiales orgánicos y minerales. [67] Los datos de Churyumov-Gerasimenko y Arrokoth , y los experimentos de laboratorio sobre acreción, sugieren que las relaciones refractarios-hielos menores de 1 pueden no ser posibles. [68]
La composición del vapor de agua del cometa Churyumov–Gerasimenko , determinada por la misión Rosetta , es sustancialmente diferente de la encontrada en la Tierra. Se determinó que la proporción de deuterio a hidrógeno en el agua del cometa era tres veces mayor que la encontrada para el agua terrestre. Esto hace improbable que el agua en la Tierra provenga de cometas como Churyumov–Gerasimenko. [69] [70]
Orgánicos
"Carbono perdido" [71] [72]
Estructura
Superficie del núcleo del cometa 67P desde 10 km de distancia vista por la nave espacial Rosetta
En el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko , parte del vapor de agua resultante puede escapar del núcleo, pero el 80% se vuelve a condensar en capas debajo de la superficie. [73] Esta observación implica que las delgadas capas ricas en hielo expuestas cerca de la superficie pueden ser una consecuencia de la actividad y evolución del cometa, y que la estratificación global no ocurre necesariamente en las primeras etapas de la historia de formación del cometa. [73] [74]
Fragmento B del cometa 73P/Schwassmann-Wachmann 3 en desintegración, visto por el telescopio espacial Hubble
Las mediciones realizadas por el módulo de aterrizaje Philae en el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko indican que la capa de polvo podría tener hasta 20 cm (7,9 pulgadas) de espesor. Debajo de ella hay hielo duro, o una mezcla de hielo y polvo. La porosidad parece aumentar hacia el centro del cometa. [75] Mientras que la mayoría de los científicos pensaban que toda la evidencia indicaba que la estructura de los núcleos de los cometas es un montón de escombros procesados de planetesimales de hielo más pequeños de una generación anterior, [76] la misión Rosetta disipó la idea de que los cometas son "montones de escombros" de material dispar. [77] [78] [ dudoso – discutir ] La misión Rosetta indicó que los cometas pueden ser "montones de escombros" de material dispar. [79] Los datos no fueron concluyentes sobre el entorno de colisión durante la formación y justo después. [80] [81] [82]
Terrible
El núcleo de algunos cometas puede ser frágil, una conclusión apoyada por la observación de cometas que se dividen. [48] Entre los cometas que se dividen se encuentran 3D/Biela en 1846, Shoemaker–Levy 9 en 1992, [83] y 73P/Schwassmann–Wachmann de 1995 a 2006. [84] El historiador griego Éforo informó que un cometa se dividió en el invierno de 372-373 a. C. [85] Se sospecha que los cometas se dividen debido al estrés térmico, la presión interna del gas o el impacto. [86]
Los cometas 42P/Neujmin y 53P/Van Biesbroeck parecen ser fragmentos de un cometa progenitor. Las integraciones numéricas han demostrado que ambos cometas se acercaron bastante a Júpiter en enero de 1850 y que, antes de 1850, las dos órbitas eran casi idénticas. [87]
Albedo
Los núcleos cometarios se encuentran entre los objetos más oscuros que se conocen en el Sistema Solar. La sonda Giotto descubrió que el núcleo del cometa Halley refleja aproximadamente el 4% de la luz que incide sobre él, [88] y Deep Space 1 descubrió que la superficie del cometa Borrelly refleja solo el 2,5-3,0% de la luz que incide sobre él; [88] en comparación, el asfalto fresco refleja el 7% de la luz que incide sobre él. Se cree que los compuestos orgánicos complejos son el material de la superficie oscura. El calentamiento solar expulsa los compuestos volátiles dejando atrás compuestos orgánicos pesados de cadena larga que tienden a ser muy oscuros, como el alquitrán o el petróleo crudo. La propia oscuridad de las superficies de los cometas les permite absorber el calor necesario para impulsar su desgasificación .
La primera misión relativamente cercana al núcleo de un cometa fue la sonda espacial Giotto . [90] Esta fue la primera vez que se obtuvo una imagen de un núcleo a tal proximidad, llegando a estar a 596 km. [90] Los datos fueron una revelación, mostrando por primera vez los chorros, la superficie de bajo albedo y los compuestos orgánicos . [90] [91]
Durante su paso, Giotto fue golpeado al menos 12.000 veces por partículas, incluido un fragmento de 1 gramo que provocó una pérdida temporal de comunicación con Darmstadt. [90] Se calculó que Halley expulsaba tres toneladas de material por segundo [92] desde siete chorros, lo que hacía que se tambaleara durante largos períodos de tiempo. [2] El núcleo del cometa Grigg-Skjellerup fue visitado después de Halley, y Giotto se acercó a 100-200 km. [90]
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