Komeetta Wirtanen

46P/Wirtanen vuodelta 2003. Kuva ESA.

Lähitulevaisuudessa komeetta 46P/Wirtanen tulee olemaan suuren mielenkiinnon kohteena. Joulukuussa 2018 komeetta pyyhältää maapallon ohitse hyvin läheltä, lähempää kuin moniin vuosiin tai ehkäpä milloinkaan aikaisemmin. Lähestyessään maapalloa syksyllä 2018 komeetta kirkastuu ja viimeistään marraskuun loppupuolella siitä tulee paljain silmin näkyvä kohde pohjoiselle tähtitaivaalle.

Komeetan löysi Carl Alvar Wirtanen (1910–1990) Lick observatoriossa työskennellyt tähtitieteilijä tammikuun 17. päivänä vuonna 1948. Löydön jälkeen komeettaa on havaittu jokaisella kierroksella Auringon ympäri lukuun ottamatta vuotta 1980, jolloin komeetan perihelin aikaan se pysytteli sitkeästi alle 20 asteen etäisyydellä Auringosta.

Vuoden 2013 perihelin ohitus oli myös huono havaintojen kannalta. Komeetasta tehtiin vain muutamia etäisyysmittauksia, nekin vuoden 2014 aikana. Vuoden 2018 periheli on siis poikkeus, sillä myös vuoden 2024 perihelin ohitus on huono. Näin ollen tuleva perihelin ohitukseen on ladattu paljon toiveita kunnollisten havaintojen tekemisen suhteen. Valitettavasti meillä Suomessa marras- ja joulukuu ovat vuoden pilvisintä aikaa, mutta aina voidaan toivoa joitakin selkeitä iltoja ja öitä, jotka mahdollistaisivat komeetan havaitsemisen.

Komeetta kuuluu ns. Jupiterin komeettaperheeseen ja sen kiertoaika on nykyisin 5,43 vuotta. Radan apheli on 5,124 ja periheli 1,056. Kuten tarkkaavainen lukija huomaa, perihelietäisyys on hyvin samanlainen kuin maapallolla. Törmäysvaaraa ei ainakaan nykyisin ole, sillä radan inklinaatio on 11,7° ja periheli sijaitsee ekliptikan pohjoispuolella. Kokoa komeetalla arvioidaan olevan noin  (Ø) 1,2 km.

Edellisen lukemansa perusteella taivaandynamiikkaa tunteva lukija voikin jo päätellä, että komeetan rata ei ole kovinkaan pysyvä, vaan se muuttuu joka kerta kun Jupiter ja komeetta päätyvät toistensa läheisyyteen. Takaisinpäin laskemalla on pystytty selvittämään joitakin ratamuutoksia viimevuosisadalla.

Taulukko 1. 46P/Wirtanen ratamuutokset

pvm	etäisyys Jupiterista [au]	perihelietäisyyden muutos [au]	kiertoajan muutos [vuotta]
31.12.1912	0,53	1,62 →  1,43	6,81 →  6,32
25.12.1923	0,52	1,43 →  1,61	6,32 →  6,65
10.4.1972	0,28	1,61 →  1,26	6,65 →  5,87
26.2.1984	0,47	1,26 →  1,08	5,87 →  5,50
25.11.2042	0,56	1,06 →  1,22	5,49 →  5,78

Toistaiseksi viimeisin ratamuutos tapahtui vuonna 1984 ja seuraava tulee tapahtumaan vuonna 2042. Tuleva ratamuutos heittää perihelietäisyyttä ulommaksi ja näin vähentää ainakin väliaikaisesti törmäysriskiä maapallon kanssa.

Ensivuoden perihelin ohitus tapahtuu joulukuun 13. päivänä. Perihelin aikaan komeetta ei vielä ole kaikkein lähimmillään maapalloa, vaan se tapahtuu vasta muutama vuorokausi myöhemmin, joulukuun 16 päivän iltana. Etäisyyttä silloin noin 11,61 miljoona km, eli noin 0,078 au tai noin 30 (LD) Kuun etäisyyttä.

Vuoden 2018 syyskuun alussa komeetta on vielä himmeä ja se voidaan ”nähdä” vain valokuvaamalla. Suomessa komeetta etelämeridiaanin ylitys tapahtuu silloin vain noin 10° korkeudella ja sekin vähenee syksyn kuluessa kunnes 8.lokakuuta se ei enää nouse horisontin yläpuolelle lainkaan. Marraskuun loppupuolella komeetta alkaa jälleen nousta, tällöin iltataivaalle, ja ensimmäiset havainnot siitä voitaneen tehdä 27.11. komeetan tullessa Valaskalan tähdistöön. Meridiaanin ylitys tapahtuu vain 4,9° korkeudella ja komeetan kirkkaus M_v=5,1. Tämän jälkeen komeetan näkyvyys paranee ilta illan jälkeen.

Joulukuun alkaessa komeetan meridiaanin ylitys tapahtuu aina vain korkeammalta ja samalla komeetan kirkkaus kasvaa. Jos komeetan kirkkaus kasvaa ennusteen mukaan, niin silloin se on nähtävissä paljain silmin jo joulukuun ensimmäisen viikon aikana. Joulukuun toisen viikon alkaessa komeetan kirkkaus on jo kohtalaisen suuri ja meridiaanin ylitys tapahtuu mukavasti iltayöstä kello 22.30 tietämillä. Periheli saavutetaan 13.12.2018 ja etäisyys lyhyimmillään 16.12.2018. Nykyisellä radallaan maapallon ja komeetan lyhin mahdollinen etäisyys olisi noin 0,068 au eli 10 200 000 km, eli tuleva ohitus on yksi lähimmistä ohituksista.

Joulukuun kolmannen viikon lopulla komeetta muuttuu sirkumpolaariseksi vaikka meridiaanin ylitys tapahtuu edelleen iltayöstä, nyt noin kello 23. Komeetan kirkkaus on edelleen sellainen, että se pitäisi näkyä paljain silmin aina joulukuun loppuun asti.

Ennen periheliä komeetta on Valaskalan tähdistössä. Siitä se siirtyy Härkään 12.2.2018 ja Perseukseen 19.12.2018. Tässä tähdistössä komeetta on vain pari vuorokautta ja siirtyy Kefeukseen 21.12.2018. Ilveksen alueella komeetta siirtyy 28.12.2018 ja tämän jälkeen 8.1.2019 se siirtyy Isoon karhuun. Lyhyt pistäytyminen Ilveksessä 11.1.209 on vain vuorokauden mittainen ja paluu Ison karhun puolelle tapahtuu 12.1.2019.

Tammikuun toisella viikolla komeetta on himmentynyt jo niin paljon, että sen havaitseminen paljain silmin edes pimeimmässä paikassa ei ole mahdollista. Sen sijaan, se on vielä helposti valokuvattavissa pitkälle kevääseen, sillä se pysyttelee pohjoisella tähtitaivaalla aina huhtikuun puolelle tai pitempäänkin, mutta himmenee lopulta näkymättömiin riippumatta käytettävästä laitteistosta.

Taulukko 2. 46P/Wirtannen havaintoja helpottavia tietoja

pvm aika korkeus  kirkkaus nousuaika laskuaika tähdistö Huomautus 1.12.2018 22:19 10,0 4,8 19:47 1:40 Valaskala 2.12.2018 22:18 11,6 4,7 18:31 1:56 Valaskala 3.12.2018 22:16 13,3 4,6 18:15 2:10 Valaskala 4.12.2018 22:18 15,2 4,5 17:59 2:26 Valaskala 5.12.2018 22:18 17,2 4,4 17:42 2:43 Valaskala 6.12.2018 22:18 19,5 4,3 17:25 3:00 Valaskala 7.12.2018 22:19 21,9 4,2 17:07 3:19 Valaskala 8.12.2018 22:20 24,6 4,1 16:49 3:39 Valaskala 9.12.2018 22:22 27,4 4,1 16:30 4:01 Valaskala 10.12.2018 22:24 30,4 4,0 16:10 4:25 Valaskala 11.12.2018 22:26 33,7 3,9 15:49 4:50 Valaskala 12.12.2018 22:29 37,1 3,9 15:27 5:18 Härkä 13.12.2018 22:33 40,7 3,8 15:02 5:49 Härkä  periheli 14.12.2018 22:37 44,3 3,8 14:36 6:23 Härkä 15.12.2018 22:42 48,1 3,8 14:04 7:03 Härkä 16.12.2018 22:47 51,8 3,8 13:26 7:51 Härkä etäisyys 11,61 miljoonaa km (0,078 au) 17.12.2018 22:52 55,5 3,8 12:33 8:55 Härkä sirkumpolaa-rinen 18.12.2018 22:59 59,1 3,9 Härkä 19.12.2018 23:05 62,6 3,9 Perseus 20.12.2018 23:13 65,9 3,9 Perseus 21.12.2018 23:21 68,9 4,0 Kefeus 22.12.2018 23:29 71,7 4,1 Kefeus 23.12.2018 23:38 74,2 4,2 Kefeus 24.12.2018 23:46 76,5 4,3 Kefeus 25.12.2018 23:55 78,5 4,3 Kefeus 26.12.2018 4,4 Kefeus 27.12.2018 0:05 80,2 4,5 Kefeus 28.12.2018 0:14 81,7 4,6 Ilves 29.12.2018 0:22 83,0 4,8 Ilves 30.12.2018 0:31 84,1 4,9 Ilves 31.12.2018 0:39 85,0 5,0 Ilves 1.1.2019 0:47 85,8 5,1 Ilves 2.1.2019 0:54 86,4 5,2 Ilves 3.1.2019 1:01 86,9 5,3 Ilves 4.1.2019 1:07 87,2 5,4 Ilves 5.1.2019 1:12 87,5 5,5 Ilves 6.1.2019 1:17 87,7 5,6 Ilves 7.1.2019 1:21 87,9 5,7 Ilves 8.1.2019 1:25 88,0 5,8 Iso karhu 9.1.2019 1:28 88,0 5,9 Iso karhu 10.1.2019 1:31 88,0 6,0 Iso karhu 11.1.2019 1:33 87,9 6,1 Ilves 12.1.2019 1:35 87,9 6,2 Iso karhu 13.1.2019 1:36 87,8 6,3 Iso karhu 14.1.2019 1:37 87,6 6,4 Iso karhu 15.1.2019 1:37 87,5 6,5 Iso karhu

Aika on  komeetan meridiaanin ylitysaika ja korkeus on meridiaanin ylityskorkeus Tampereen horisontin mukaan laskettuna.

Uutta tietoa ISONista

Komeetta ISONin periheliohitus.
Kuva ESA.

Tutkijoille alkaa hiljalleen valjeta, miksi C/2012 S1 (ISON) -komeetta ei selvinnyt periheliohituksestaan, vaan tuhoutui täysin. Arizonan yliopistossa työskentelevän Alfred Mc Ewen’in mukaan Mars Reconnaissance (MRO) luotaimen HiRISE laitteiston tekemien[1] havaintojen mukaan näyttäisi siltä, että ISONin ydin oli huomattavasti pienempi kuin mitä tähän asti on arvioitu. Mittausten mukaan ytimen koko oli 100–1000 metriä[2], komeetaksi aika pieni.

HiRISE ei ollut ainoa laitteisto, joka pystyi tekemään havaintoja komeetasta, sillä myös Merkuriusta kiertävällä radalla oleva MESENGER-luotain havaitsi sekä komeetta ISONia että komeetta Enckeä.

MESSENGER teki ISONista yhdeksän spektroskooppista mittausta. Niiden mukaan ISONissa oli runsaasti hiilimonoksidia ja hiiltä (C+) verrattuna Enckeen. Näyttääkin siltä, että komeetassa ollut hiili teki siitä erittäin hauraan[3]. Encken kaltaisissa jaksollisissa komeetoissa ei vastaavia hiilipitoisuuksia esiinny, sillä etenkin kaikki haihtuvat kaasut ovat hävinneet ajat sitten lukuisten periheliohitusten aikana.

Komeettaytimen pieni koko selittää periheliaikaiset tapahtumat. Auringon säteilypaine, kuumuus ja voimakkaasti haituva vesi, hiilimonoksidi ja mahdolliset muut kaasut onnistuivat pirstomaan ytimen käytännössä aivan pölyksi. Pölyhiukkaset kuitenkin jatkoivat matkaa toistensa läheisyydessä ja etäämpää katsottuna niiden heijastama valo antoi vaikutelman kirkastuneesta komeetasta, kunnes pölyn tiheys putosi ja sen heijastama valomäärä väheni.

Komeetta ISON antaa tutkijoille vihjeen siitä, miksi osa auringonhipojista selviää periheliohituksesta ja toiset ei. Kyse näyttäisi olevan pitkälti kysymys niiden rakenteesta ja koostumuksesta. Vain vähän hiiltä (missä muodossa tahansa) sisältävät komeetat näyttäisivät olevan sisäisesti lujempia ja kestävän paremmin kuumuutta ja kaasupurkauksia kuin hiilipitoiset komeetat.

Huomautukset

[1] Komeetta ISON ohitti Marsin 1.10. noin 10.8 miljoonan kilometrin etäisyydeltä.

[2] HiRISE-instrumentti ei pystynyt havaitsemaan suoraan komeetta ydintä, mutta kirkkausmittausten perusteella ytimen koko näyttäisi olleen noin 600 m halkaisijaltaan. 

[3] Tälle olettamukselle on erittäin vahvaa näyttöä, sillä vastaavat maanpinnalle asti päätyneet hiilipitoiset meteoriitit ovat käytännössä kasa hiilimurskaa ja vettä.

Suuri hämmennys

Stero A observatorion valokuvista
koottu time-lapsevideo
ISON-komeetan periheliohituksesta.
Kuva Nasa.

Komeettatutkijoiden keskuudessa vallitsee suuri hämmennys komeetta C/2012 S1 (ISON)  perihelin jälkeisestä tilasta. Periheliohituksen aikana ja ennen sitä, komeetta menetti ilmeisesti hyvin suuren osan ytimestään. Jäljelle jäänyt osa on luultavasti kasa jäänkappaleita, jotka saattavat kadota kokonaan lähipäivien aikana.

Tutkijat arvioivat, että komeetan kirkkaus on noin 5^m, joten paljain silmin ei ole mitään nähtävää siinä vaiheessa, kun komeetan jäänteet poistuvat Auringon kilosta. Tällä hetkellä se on vielä sen verran lähellä Aurinkoa, että vaalea ilta- tai aamutaivas estää komeetan näkymisen.

Se mitä tapahtuu seuraavaksi, on täysi arvoitus. Vaihtoehto yksi on, että komeetan jäljelle jääneet rippeet jatkavat matkaansa entisellä radalla ja ne hiipuvat hitaasti aina vain himmeämmäksi. Vaihtoehto kaksi on, että säilynyt komeettaydin on sen verran suuri, että siellä voi tapahtua merkittävä purkaus, joka kasvattaisi komeetan kirkkautta merkittävästi ja komeetta näkyisi paljain silmin matkallaan kohti pohjoista taivaannapaa. Kolmas vaihtoehto on se, että komeetan jäännökset haihtuvat kokonaan ja jäljelle ei jää muistoa enempää.

Stereo B observatorion valokuvista
koottu time-lapsevideo.
Kuva Nasa.

Olipa komeetan tulevaisuus millainen tahansa, tutkijat pyrkivät tekemään jäänteistä lisähavaintoja ja päättelemään niiden avulla mitä oikein tapahtui? Joka tapauksessa havainnot ja tutkimukset ottavat aikaa muutamia kuukausia, joten vastauksia avoimiin kysymyksiin ei saada kuin aikaisintaan ensikeväänä.

Yksi asia on kuitenkin vahvistunut: komeetat ovat täysin arvaamattomia kohteita, joiden kirkkaus ja tapahtumat ytimessä ovat aina yllätys tutkijoille ja harrastajille. Joskus kuitenkin komeetasta tulee hieno luonnonilmiö, johon suuri yleisö voi omin silmin tutustua. Tällä kertaa niin ei käynyt, mutta eipä se ollut ensimmäinen kerta ja tuskinpa viimeinenkään.

Mitä ISONille tapahtui?

Komeetta ISONin periheliohitus.
Kuva NASA.

Tutkijat ovat ”äimän käkenä” siitä, mitä komeetta C/2012 S1 (ISON):lle tapahtui periheliohituksen aikana? Komeetta menetti kokonaan koman ja pyrstön sen lähestyessä periheliä ja komeetta näytti tuhoutuneen kokonaan. Koma ja pyrstö kuitenkin alkoivat kehittyä uudelleen, kun komeetta oli edennyt kauemmaksi Auringosta.

Ilmiö on oikeastaan hyvin helppo selittää yleisellä tasolla ja perusfysiikan tuntemuksella (yksityiskohdat ovat kuitenkin erijuttu):

Lähestyessään periheliä komeetasta irtosi isohkoja kappaleita, jolloin vesihöyryä ja pölyä vapautui runsaasti. Tämä oli odotettavissa ja pöly muodosti pitkän vanan komeetan radalle (joka nähdään LASCO C2 kuvassa).

Auringon säteilypaine vain 1,2 miljoonan kilometrin etäisyydellä fotosfääristä on niin voimakas, että se puhaltaa kaiken pölyn hyvin nopeasti isoon tilaavuuteen ja kauas komeetasta. Näin ollen pölyn tiheys tulee sellaiseksi, että sen heijastama valo ei näy valokuvissa.

Komeetan haihduttamalla vedelle kävi toisin. Auringon uv-säteily hajottaa veden molekyylit hyvin nopeasti vedyksi ja hydroksidiksi (H⁺ ja OH^-) ja OH-molekyyleistä osa hajoaa vedyksi ja hapeksi. Kaasut kyllä säteilevät valoa[1]. Auringon korona kuitenkin koostuu suurimmaksi osaksi vedystä, jolloin komeetasta lähtöisin olevan vedyn säteily peittyy Auringon koronan säteilyyn.

Molemmat ilmiöt ovat mahdollisia, jos auringonvalon paine on niin voimakas, että sen hajottava vaikutus on suurempi kuin mitä komeetasta vesihöyryä on mahdollista haihtua ja pölyä vapautua.

Tutkijoilta kuitenkin kuluu jokin aika, ennen kuin tarkat tietokonemallit on saatu tehtyä ja tutkimukset on tehty, jotta voitaisiin tieteellisellä tarkkuudella kertoa mitä oikein tapahtui. Vastaavaa, tai ainakin vähäisemmässä määrin vastaa, on kyllä harvoin nähty.  Edellisen kerran näin ilmeisesti tapahtui vuonna 2011 Lovejoy-komeetalle.

Samoin kuin Lovejoy-komeetalle kehittyi uudelleen pyrstö, niin nyt ISON-komeetallekin näin kävi. Sen edellytyksenä oli tietysti se, että komeettaydin pysyi kuitenkin suhteellisen koskemattomana ja tiiviinä suurista menetyksistä huolimatta. Komeetan ydin on kuitenkin niin pieni (halkaisijaltaan muutama kilometri), että sen näkyminen SOHOn, Stereo A:n ja SDO:n kuvissa oli mahdotonta.

Periheliohitus LASCO C2 koronagrafin
kuvaamana. Kuva NASA.

Komeetan lähitulevaisuudesta on vaikea ennustaa mitään varmaa. Jos ydin selviää yhtenäisenä muutaman vuorokauden, se jatkaa laskettua rataa poispäin Auringosta ja lopulta poistuu Aurinkokunnasta.

Komeetta himmenee muutamassa viikossa näkymättömiin, vaikka se näkyisikin lähipäivinä paljain silmin. Aikaisemmat kirkkausennusteet on kuitenkin syytä unohtaa, sillä ytimen ominaisuudet varmasti muuttuivat niin paljon, että täytyy tehdä uusia havaintoja uusien parametrien määrittämiseksi. Tämä onnistunee muutaman vuorokauden kuluessa.

Jatko riippuu myös paljolti siitä, kuin stabiilissa tilassa komeettaydin on. Jos ytimen sisään ei ole syntynyt sulavesitaskuja tai niiden sisäinen paine on vähäinen, komeettaydin voi selvitä jatkossa suunnilleen muuttumattomana. Jos korkeapaineisia vesitaskuja on, niin silloin siellä voi tapahtuva voimakkaita purkauksia ja komeetan kirkkaus voi kasvaa muutamassa tunnissa jopa miljoonakertaiseksi.

Jos komeetta on riittävän kirkas, parin ensimmäisen viikon aikana sen voi nähdä ilta ja aamutaivaalla. Näkyvissä oleva aika kasvaa pidemmäksi ja lopulta se näkyy koko yön. Joulukuun puolivälin jälkeen (Tampereella 19.12.) komeetta siirtyy sirkumpolaariseksi ja on horisontin yläpuolella koko vuorokauden. Vaikka komeetan kirkkaus vähenee päivien ja viikkojen kuluessa, se siirtyy aina vain tummemmalle taivaalle ja näin ollen sen näkyvyys voi olla kaikkein helpoin viikon parin kuluttua.

Tähänkin tekstiin tuli aika monta jos-sanaa. Tämä tietysti johtuu siitä, että kukaan tässä vaiheessa ei tiedä varmasti mitä komeetalle tulee tapahtumaan. Alkujaankin komeettojen kirkkausennusteet ovat hyvin epävarmoja ja nykyisessä tilanteessa ISON-komeetan käyttäytyminen on todella ennustamatonta. Mutta tehdään havaintoja ja toivotaan että ISON tuottaisi vielä iloisen yllätyksen.

Huomautukset

[1] Vety voi olosuhteista riippuen säteillä valoa hyvin monella aallonpituusalueella. Aallonpituudet muodostavat sarjoja, jotka kantavat sarjan tehneen tutkija nimeä. Sarjat ovat Balmerin (Johan Balmer, 1825–1898), Paschen- (Friedrich Paschen, 1865–1947), Brackett’in (Frederick Sumner Brackett, 1896–1988), Pfund’in (August Herman Pfund, 1879–1949) ja Humphreyn (Curtis J. Humphreys, 1898–1986) sarjat. Näiden sarjojen lisäksi on mahdollista, että vedyllä olisi muitakin aallonpituuksia.