|
Oortin ja Hillsin komeettapilvet aurinkokunnassa. Kuva Wikimedia Commons. |
Osa 1
Komeetat syntyivät aurinkokunnan alkuaikoina [1]
kaukana Neptunuksen radan ulkopuolella ja muodostavat nykyisin Oortin [2]
pilvenä tunnetun pallomaisen alueen. Oortin pilvessä on miljardeja
komeettaytimiä ja kaukaisimmat niistä ovat noin yhdestä kahteen valovuoden
etäisyydellä[3] Auringosta. Näin etäällä niihin kohdistuva Auringon
lämpösäteily on hyvin minimaalista ja niinpä Oortin pilven komeetat ovatkin
muuttumatonta ainetta aurinkokunnan syntyajoilta.
Kaukaisimmat Oortin pilveen syntyneet komeettaytimet ovat
puhtaimmillaan vain jäistä muodostuneita kappaleita. Jäänä esiintyviä aineita
vesijään (H2O) lisäksi ovat hiilimonoksidi (CO), hiilidioksidi (CO2),
metaani (CH4), cyaani(CN), cyaanivety (HCN), ammoniakki(NH3),
ammonium (NH4+), formadehydi (H2CO) sekä hyvin
pieniä määri orgaanisia yhdisteitä (etaani, etanoli, glysiini (amonohappo)
yms.).
Lähempänä Aurinkoa syntyneisiin komeettaytimiin on
sekoittunut enemmän tai vähemmän erilaisia mineraaleja. Yleisimmät mineraalit
ovat muodostuneet piistä (Si), hapesta (O), raudasta (Fe) ja muista rautaryhmän
alkuaineista. Mineraalit ovat muodostaneet pölyä tai jopa pieni kiviä.
Mitä lähemmäksi Aurinkoa tullaan, sitä enemmän komeettojen
materiasta on pölyä ja kiveä. Niinpä Oortin pilven sisäreunan komeetoista
kiviainesta saattaa olla niin paljon, että niiden erottaminen varsinaisista
asteroideista voi olla vaikeaa. Havaintojen mukaan joukolla asteroideja on
komeettamaisia piirteitä ja joukolla komeetoilla on joitakin asteroideille
tyypillisiä ominaisuuksia. Näin ollen mitään rajaa komeettojen ja asteroidien
välille on vaikea vetää.
Komeettojen radat Oortin ja Hillsin pilvissä eivät ole
stabiileja vaan muuttuvat ajan kuluessa. Syitä muutoksiin on useita, mutta
merkittävimmät syyt ovat lähitähtien ohitus ja komeettojen keskinäiset
gravitaatiohäiriöt. Häiriöt muuttavat vähäisessä määrin kappaleiden ratoja ja
muutosten seurauksena vuosittain muutamia kymmeniä komeettoja suuntaa kulkunsa aurinkokunnan
sisäosia kohti.
Lähestyessään aurinkokunnan sisäosia, komeetoissa tapahtuu
perustavaa laatua olevia muutoksia. Lisääntynyt uv-valo saa aikaan kemiallisten
reaktioiden sarjan, jonka seurauksena komeettojen pinnalle syntyy orgaanisten[4]
yhdisteiden kerrostumia. Kemiallisten yhdisteiden muodostumista tapahtuu
merkittävästi jo Hills’in pilvessä. Tämän seurauksena komeettojen valoa
heijastava ominaisuus vähenee, toisin sanoen ytimet tummuvat ja tummeneminen on
sitä nopeampaa mitä lähemmäksi Aurinkoa komeetat tulevat.
|
Komeetan rakenne. Kuva Wikimedia Commons. |
Komeetta aurinkokunnan sisäosassa
Jos aurinkokunnan sisäosia lähestyvän komeetan radan
periheli on riittävän lähellä Aurinkoa, niin noin Jupiterin radan tienoilla
komeetalle syntyy ensin koma[5] ja myöhemmin pyrstö. Ne
muodostuvat lämmön vaikutuksesta tapahtuvasta sublimaatiosta helposti
haihtuvista jäistä. Toisin sanoen, komeetasta haihtuu vettä ja muita kaasuja.
Vapautuva vesi- ja kaasumäärä on sitä suurempaa mitä lähemmäksi Aurinkoa
komeetta etenee.
Kaasupyrstössä tapahtuu uv-valon vaikutuksesta yhdisteiden
(veden) hajoamista ja ionisoitumista. Ionisoitunut kaasu aiheuttaa liikkeillään
ja määrän vaihteluillaan komeetalle indusoituneet magneettikentän, johon
puolestaan aurinkotuulen varautuneet hiukkaset (elektronit ja protonit) saavat
aikaan oman vaikutuksensa. Näin ollen komeetan ympärille syntyy oma
lähiavaruuden avaruussää, jota vasta viime vuosina on pystytty tutkimaan.
Haihtuvien kaasujen vapautuminen irrottaa komeetan
kuorikerroksesta myös pölyjä. Pöly muodostaa komeetalle toisen pyrstön, jonka suunta
poikkeaa kaasupyrstön suunnasta. Syy tähän on valonpaine, jonka vaikutus on voimakkaampaa
pölyhiukkasiin kuin kaasuihin. Pölypyrstö suuntautuu kutakuinkin aina
Auringosta poispäin riippumatta komeetan liikesuunnasta. Pölypyrstö näkyy
heijastamalla auringonvaloa, kun taas kaasupyrstö emittoi valoa, joka
syntyy elektronien rekombinaatiosta atomiytimien orbitaaleille.
Komeetan lähestyessä Aurinkoa, sen tulevaisuus riippuu
perihelipisteen etäisyydestä. Jos komeetat ovat Aurinkoa hipovilla radoilla, ne
voivat tuhoutua voimakkaasta haihtumisesta ja ytimen heikosta rakenteesta
johtuen. Hieman kauempana, tai jos komeetta on riittävän isokokoinen,
hajoaminen voi olla vain pirstoutumista pienemmiksi komeettaytimiksi, jotka
jatkavat samalla radalla. Näin syntyy komeettaperheitä, joiden radat
muistuttavat toisiaan. Tunnetuin auringonhipoja-komeettaperhe on Kreutzin ryhmä
johon on kuulunut useita kymmeniä komeettoja. Kreutzin ryhmä ei kuitenkaan ole
ainoa auringonhipojien ryhmä vaan nykyisin tunnetaan jo muitakin.
|
Komeetta C/2012 S1 (ISON) ei kestänyt periheliohitusta vaan pirstoutui kokonaisuudessaan. Kuva Nasa/Soho. |
Pirstoutumista voi tapahtua muustakin syystä kuin
haihtumisen heikentämien rakenteiden pettämisenä. Periheliohituksen aikana
komeetan sisään voi kertyä nestemäistä vettä ja kaasuja sisältämiä taskuja.
Paine näissä taskuissa voi ylittää kiinteän aineen koheesio- ja adheesiovoimista johtuvan
lujuuden, jonka seurauksena komeetassa tapahtuu purkaus. Purkaus voi olla niin
raju, että itse komeettaydin pirstoutuu.
Silloin tällöin käy niin, että alun perin hyperbolisella
radalla aurinkokunnan sisäosia lähestyvä komeetta joutuu Jupiterin gravitaation
vaikutuspiiriin. Tämän seurauksena komeetan rata muuttuu tavalla tai toisella.
Usein rata muuttuu lyhytkestoisemmaksi (kiertoaika alle 200 vuotta), jolloin niistä puhutaan Jupiterin komeettaperheenä[6]. Ratamuutos voi tietysti
aiheutua myös muiden planeettojen lähiohituksesta. Tunnetuin lyhytkestoisista komeetoista on Halleyn-komeetta, jonka kiertoaika on 76 vuotta.
Halleyn komeetan alkuperänä pidetään kuitenkin Oortin pilveä.
Lyhytkestoisella radalla olevat komeetat joutuvat säännöllisesti alttiiksi voimistuneelle lämpösäteilylle. Tämän seurauksena komeetat
menettävät vettä ja muita haihtuvia kaasuja suhteellisen nopeasti. Tutkijat
arvioivatkin, että yksi yksittäinen komeetta tekee korkeintaan noin 1 000
kierrosta Auringon ympäri ennen täydellistä haihtumistaan. Yhden periheliohituksen aikana komeetan säde
pienenee noin 1–2 metrillä riippuen perihelietäisyydestä.
Paluu
Alkuperäisellä radalla tai radalla, jossa tapahtuneet
muutokset ovat olleet vähäisempiä, komeetta palaa takaisin Oortin pilveen. Jos
paluurata on hyperpeli, komeetta poistuu Auringon vaikutuspiiristä
tähtienväliseen avaruuteen. Jos paluurata on paraabeli tai ellipsi, komeetta
pysyttelee aurinkokunnassa, mutta palaa aurinkokunnan sisäosiin vasta tuhansien
tai jopa kymmenientuhansien vuosien kuluttua.
Huomautukset
[1] Kaikki Aurinkoa kiertävien kappaleiden ajatellaan
syntyneen protoaurinkoa kiertäneestä protoplanetaarisesta kiekosta
tiivistymällä. Protoplanetaarisen kiekon lämpötila oli korkeampi lähellä
protoaurinkoa ja viileni sitä mukaa mitä kauemmas vielä voimakkaasti
kehittyvästä Auringosta siirryttiin.
Lämpötilajakauma jaotteli protoplanetaarisen kiekon
ainesisällön siten, että korkeammassa lämpötilassa tiivistyvät aineet
(mineraalit) kiteytyivät kiinteään olomuotoon lähempänä Aurinkoa kuin
matalammassa lämpötilassa tiivistyvät (vesi, hiilidioksidi, häkä, metaani jne.)
Tästä syystä kivestä muodostuneet planeetat ovat lähempänä Aurinkoa kuin
runsaasti kevyitä alkuaineita sisältävät jättiplaneetat.
Komeetat, jotka muodostuivat
suurimmaksi osaksi useiden eri aineiden muodostamista jäistä, syntyivät hyvin
kaukana Auringosta. Komeettaytimien ajatellaan kuitenkin tiivistyneen nykyistä sijaintia
paljon lähempänä mutta sinkoutuneet aurinkokunnan ulkorajalle suurten
planeettojen (Jupiter, Saturnus, mahdollisesti Uranus ja Neptunus)
aiheuttamista gravitaatiohäiriöistä johtuen.
Tähtitieteilijä Harold F. Levison (Southwets Research
Institute, Boulder, CO) ehdotti vuonna 2010, että Oortin pilveen olisi tullut myös kaapatuksi merkittävästi tähtien välisessä avaruudessa ajelehtineita
komeettaytimiä.
[2] Komeettapilven ajatuksen julkaisi vuonna 1950
alankomaalainen tähtitieteilijä Jan Oort
(28.4.1900–5.11.1992). Komeettapilveä alettiin kutsua ajatuksen esittäjän
mukaisesti Oortin pilveksi. Suoranaisia havaintoja ei pilvestä ole tehty, mutta
sen olemassa olo on osoitettu välillisesti komeettojen ratoja tutkimalla. Aivan tuoreimmat tutkimukset tähtiä ympäröivista materiasta osoittavat Oortin pilven kaltaisten rakenteiden olemassa olon.
Oort
itse päätteli pilven olemassa olon siten, että hän huomasi pitkäkestoisten
komeettojen ratojen aphelin olevan useimmiten lähellä 20 000 au. Nykyisin
pilven olemassa olo on tutkijoiden yleisesti hyväksymä.
Lähes Oortin pilven kaltaisen ajatuksen esitti jo vuonna
1932 eestiläinen Ernst Öpik
10.10.1893–10.9.1985), joka päätteli komeettojen muodostavan jonkinlaisen
pilven Pluton radan ulkopuolelle. Tästä syystä joskus käytetään
komeettapilvestä nimitystä Öpik-Oortin pilvi.
Oortin pilvien katsotaan jakaantuvan kahteen osaan: pallon
muotoiseen ulko-osaan ja munkkirinkilän muotoiseen sisäosaan. Sisäosa sijaitsee
2 000–20 000 au etäisyydellä Auringosta.
Sisäosan pilvi tunnetaan myös Hillsin pilvenä löytäjänsä J.G. Hills’n mukaan vuonna 1981 julkaistuun
tutkimukseen perustuen. Hillsin pilven komeettojen lukumäärä on paljon
runsaampi (~10×) kuin ulko-osan ja ne ovat luonnollisesti voimakkaammin
Auringon gravitaation vaikutuspiirissä.
[3] Etäisyysarviot vaihtelevat eri lähteissä. Yleisesti
arvioidaan Oortin pilven ulkoreunan sijaitsevan noin 50 000 au (noin 0,8
valovuotta) etäisyydellä Auringosta, mutta toiset tutkijat arvioivat sen olevan
kaksin (1,6 ly) tai jopa nelinkertaisella (>3 ly) etäisyydellä.
[4] Orgaaniset yhdisteet ovat hiiliyhdisteitä ja niiden
syntymistapa on epäorgaaninen, siis puhtaasti kemiallinen prosessi. Orgaanisten
yhdisteiden olemassa olo ei siis merkitse sitä, että komeetoissa (tai missään
muuallakaan vastaavissa olosuhteissa) niitä synnyttäisivät elävät organismit.
|
Komeetta 17P/Holmesin koma oli suurempi kuin Aurinko. Kuva Kari A. Kuure. |
[5] Koma on komeettaytimen ympärille kehittyvät harvasta
kaasusta ja pölystä muodostunut ”ilmakehä”. Koman koko voi olla satojatuhansia
kilometrejä tai jopa yli miljoona kilometriä halkaisijaltaan. Näin suuria komia
oli esimerkiksi vuoden 1811 Suurella komeetalla ja 17P/Holmesilla vuonna 2007.
Koman muoto määräytyy ainemäärän ja tiheyden lisäksi siihen
kohdistuvan auringonvalon säteilypaineen ja aurinkotuulen kohdistamasta
dynaamisesta paineesta. Paineen ylittäessä gravitaatiovoiman koma venyy
pyrstöksi. Pyrstö muodostuu komeetan lähestyessä Aurinkoa noin 1,5 au
etäisyydelle.
[6] Kaikki lyhytkestoiset komeetat eivät ole Jupiterin
ratoja muuttavan gravitaation vaikutuksen vuoksi päätyneet radalleen, vaan
joukossa on kappaleita, jotka ovat alun perin syntyneet tai joutuneet alle 50
au etäisyydelle ulottuvaan Kuiperin vyöhön. Lyhytkestoisten komeettojen radat
ovat Oortin pilvestä peräisin olevien komeettojen ratoja stabiileimmilla
radoilla ja tästä syystä useimmat niistä ovat myös syntyneet vyössä.