Paul M. Sutter är astrofysiker vid The Ohio State University, värd för Ask a Spaceman and Space Radio, och författare till Your Place in universum. Sutter bidrog med den här artikeln till Space.com: s expertröster: Op-Ed & Insikter.
Då och då en ny komet kommer in i det inre solsystemet och kryssar in från det ofattbara och okända djupet av rymden. Vanligtvis en mil eller två över is och smuts har den hittills levt ett ganska händelsefullt liv och kretsar lätt i solen långt bortom sina planeter. Men nu, när den skriker inåt mot solen, sträcker sig kometen en miljon mil lång svans av ventilerad gas och damm när kroppen börjar riva sig från de oväntade krafterna.
Om den är tur, kometen kommer att avsluta sitt liv snabbt, kasta sig direkt i solen och sönderfalla i damm. Om det är otur, kommer det att överleva sin första passage genom det inre solsystemet och sprida ett spår av skräp bakom det. Och sedan kommer det tillbaka igen. Och igen. Med varje passage, varje mer tortyrig än den förra, förlorar den en del av sig själv, minskande bana efter bana tills den antingen förångas eller förblir låst i omloppsbana, inert och död.
Relaterat: De varaktiga mysterierna i det yttre solsystemet
Kometer lever i miljarder år i lycklig isolering, och vi får se dem bara när de är nära … vilket innebär att vi bara spårar dem i deras sista, tragiska ögonblick.
Men var är dessa kometer födda? Vart bor dem? Hur hittar de vägen till en eldig undergång i hjärtat av solsystemet?
Ursprungshistoria
För att räkna ut det hjälper det att vi har haft några årtusenden av att observera kometer att dra från. Och från början av 1700-talet har vi känt att vissa kometer dyker upp igen på regelbundna, tillförlitliga cykler – tack vare Sir Edmund Halleys geniala tillämpningar av Newtons då spännande nya teori om universell gravitation. Efter tillräckliga observationer är det enkelt att tilldela banor till dessa kometer och upptäcka deras ursprung, en region som vi kallar den spridda disken, en instabil ring av skräp strax utanför banan Neptun.
Men många kometer – kända som långvariga kometer – dyker upp i princip ingenstans, blossar upp när de går in i det inre solsystemet och dör omedelbart. Var kommer de ifrån?
Den största svårigheten med att studera dessa kometer är att oavsett ursprung kan det vara så är det så långt borta att det är direkt omöjligt att observera dem direkt i deras hemmiljö. Så vi kan inte lita på rymden undersökningar för att berätta om deras hem. Istället måste vi dra slutsatsen om egenskaperna hos deras kometiska födelseplats från beteendet hos de misslyckade budbärarna som skickades vår väg. Och när vi gör det dyker några spännande ledtrådar upp.
För det första dyker dessa långa kometer från alla himmelriktningar. Så varhelst kometer ringer hem distribueras jämnt och omger solsystemet och inte låst i en skiva som alla andra.
För det andra dör kometer. De kraschar antingen direkt i solen eller en planet, har en olycklig interaktion med en jättevärld och sparkas ut ur solsystemet helt, eller slutar sluta tömma isen, stänga av svansarna och göra dem i huvudsak omöjliga att upptäcka. De kan göra det bara för en enda bana eller kvarstå i några tusen, men hur som helst är det långt, mycket mindre än miljarder år som solsystemet har varit ett system. Så det betyder när en ny långtidskomet uppträder i vår himmel, det är verkligen en ny komet: Det finns en kometerbehållare långt bortom planetens rike, och den skickar bara ibland en sändebud inåt.
Slutligen har dessa långtidskometer något gemensamt. Genom noggranna observationer kan astronomer rekonstruera hela sina banor och hitta deras aphelion – deras längsta avstånd från solen. Och många kometer, som först noterats av astronomen Jans Oort, delar en aphelion runt 20 000 AU, eller 20 000 gånger avståndet från solen än jorden.
Ett sfäriskt arrangemang med en bestämd tjocklek som ibland skickar en av dess medlemmar inåt. Som fan. Ett moln.
Oortmolnet: hem till kometerna.
Relaterat: Bor på en komet: ”Dirty Snowball” Fakta förklarade (Infografik)
Rip tidvatten
Naturligtvis är vi inte riktigt säkra på hur stort Oort-molnet är eller hur många medlemmar som kallar det hem. För att räkna ut det förlita sig på datasimulering efter datorsimulering, med hänsyn till planeternas banor, modeller för solsystemets bildande och kända kometers vägar. Sammantaget målar det en bild av en enorm och oerhört tom struktur som spänner över från 2000 till 200.000 AU och innehåller uppåt en biljon föremål som är minst en mil breda och otaliga fler.
200 000 AU är ganska svindlande avstånd – det är ungefär 3 ljusår bort. På den avlägsna nivån är kometerna nästan helt avskilda, bara knappt fästa vid vår sol genom en svag osynlig sträng av tyngdkraften. På grund av den svaga förbindelsen känner de inget behov av att slå sig ner i en ring eller skiva och ordnar sig naturligt i ett skal.
Vad mer, när solen drar så liten, kometer är mycket mottagliga för andra, utländska förslag. En vandrande passerande stjärna eller ett jätte molekylärt moln kan utöva en extra tyngdkraft på dem, destabilisera dem och skicka en del spridning utåt i det interstellära tomrummet … och andra bryr sig inåt för deras så småningom undergång. / p>
Men kanske den största källan till inflytande där ute är ingen annan än själva Vintergatan. Det handlar om densiteter: Det allmänna arrangemanget av stjärnor och nebulosor på ena sidan av solsystemet är lite lite annorlunda än hos den andra. Detta kallas ”galaktiskt tidvatten”, för det är exakt samma fysik – skillnader i densitet från ena sidan till den andra – som ger upphov till havets tidvatten. Här på jorden, djupt inne i solens gravitation, de skillnader i galaktisk densitet inte … gör skillnad. Men i Oort-molnet gör de det.
När dessa kometer tar sig fram i sina långa, långsamma banor kan de uppleva en extra gravitationskraft från galaktiska tidvattnet. När kometen befinner sig vid aphelion, dess längsta punkt från solen, kanske den bara uppmuntras att röra sig en liten bit längre ut än förra gången. Och hur banorna fungerar, om vägen sträcker sig i en riktning, måste krympa i den andra; i det här fallet kommer den extra dragningen från galaxen vid aphelion ironiskt nog att kometen kommer närmare solen när den fortsätter i sin omloppsbana.
Så småningom kommer den konstanta dragningen att forma kometen ” s kretsar till sådana ytterligheter att det sjunker ner i det inre solsystemet, där solens och planets tyngdkraft förändra dess bana ytterligare och försegla dess öde.
- Nyvunna ”Farout” är den yttersta solsystemkroppen som någonsin har upptäckts
- Objekt på Kuiperbältet: Fakta om Kuiperbältet & amp; KBO: er
- Kometer från kanten av solsystemet osannolikt att slå jorden
Läs mer genom att lyssna på avsnittet ”Vad händer när galaxer kolliderar?” på podcasten Ask A Spaceman, tillgänglig på iTunes och på webben på http://www.askaspaceman.com. Tack till Marshall S. för frågorna som ledde till det här stycket! Ställ din egen fråga på Twitter med #AskASpaceman eller genom att följa Paul @PaulMattSutter och facebook.com/PaulMattSutter. Följ oss på Twitter @Spacedotcom och på Facebook.