Paul M. Sutter ist Astrophysiker an der Ohio State University, Moderator von Ask a Spaceman und Space Radio und Autor von Your Place in das Universum. Sutter hat diesen Artikel zu Space.coms Expertenstimmen beigetragen: Op-Ed & Einblicke.
Hin und wieder a Ein neuer Komet dringt in das innere Sonnensystem ein und kreuzt aus den unergründlichen und unbekannten Tiefen des Weltraums ein. Typischerweise hat er ein oder zwei Kilometer Eis und Schmutz überstanden und die Sonne bisher weit über seine planetarischen Cousins hinaus träge umkreist. Aber jetzt, während er nach innen zur Sonne schreit, streckt der Komet einen millionen Meilen langen Schwanz aus entlüftetem Gas und Staub aus, während sein Körper beginnt, sich von den unerwarteten Kräften zu lösen.
Wenn es so ist Zum Glück wird der Komet sein Leben schnell beenden, direkt in die Sonne stürzen und sich in Staub auflösen. Wenn es Pech hat, überlebt es seinen ersten Durchgang durch das innere Sonnensystem und breitet eine Spur von Trümmern dahinter aus. Und dann kommt es wieder zurück. Und wieder. Mit jedem Durchgang, jeder quälender als der letzte, verliert es ein Teil von sich selbst, der die Umlaufbahn nach der Umlaufbahn verringert, bis er entweder verdunstet oder in der Umlaufbahn eingeschlossen bleibt, träge und tot.
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Kometen leben Milliarden von Jahren in glückseliger Isolation, und wir sehen sie nur, wenn sie „nahe“ sind … was bedeutet, dass wir sie nur in ihren letzten tragischen Momenten verfolgen.
Aber wo werden diese Kometen geboren? Wo leben sie? Wie finden sie den Weg zu einem feurigen Untergang im Herzen des Sonnensystems?
Ursprungsgeschichte
Um es herauszufinden, hilft es, dass wir einige Jahrtausende Zeit hatten, Kometen zu beobachten, aus denen wir ziehen konnten. Und ab dem frühen 18. Jahrhundert haben wir einige gekannt Kometen tauchen in regelmäßigen, zuverlässigen Zyklen wieder auf – dank Sir Edmund Halleys genialer Anwendung von Newtons damals brandneuer Theorie der universellen Schwerkraft. Nach genügend Beobachtungen ist es einfach genug, diesen Kometen Umlaufbahnen zuzuweisen und ihre Herkunft zu entdecken, eine Region, die wir Scattered Disk nennen, einen instabilen Trümmerring direkt außerhalb der Umlaufbahn von Neptun.
Aber viele Kometen – sogenannte langperiodische Kometen – tauchen im Grunde genommen aus dem Nichts auf, flackern auf, wenn sie in das innere Sonnensystem gelangen, und sterben dann sofort. Woher kommen diese?
Die größte Schwierigkeit bei der Untersuchung dieser Kometen besteht darin, dass sie unabhängig von ihrer Herkunft so weit entfernt sind, dass es absolut unmöglich ist, sie direkt in ihrer häuslichen Umgebung zu beobachten. Wir können uns also nicht auf den Weltraum verlassen Umfragen, um uns über ihre Häuser zu erzählen. Stattdessen müssen wir die Eigenschaften ihres Geburtsortes auf dem Verhalten der unglücklichen Boten ableiten, die uns geschickt wurden. Und wenn wir das tun, tauchen einige faszinierende Hinweise auf.
Erstens erscheinen diese langperiodischen Kometen aus allen Himmelsrichtungen. Überall dort, wo Kometen zu Hause anrufen, ist das Sonnensystem gleichmäßig verteilt und nicht wie alle anderen in einer Scheibe eingeschlossen.
Zweitens sterben Kometen. Sie stürzen entweder direkt in die Sonne oder auf einen Planeten, haben eine unglückliche Interaktion mit einer riesigen Welt und werden ganz aus dem Sonnensystem geworfen, oder sie erschöpfen ihr Eis, drehen ihre Schwänze ab und machen sie im Wesentlichen nicht mehr nachweisbar. Sie schaffen es vielleicht nur für eine einzige Umlaufbahn oder bleiben für ein paar Tausend bestehen, aber so oder so ist das weit, weit weniger als die Milliarden von Jahren, in denen das Sonnensystem ein System war. Das heißt also, wenn ein neuer langperiodischer Komet erscheint in unserem Himmel, es ist wirklich ein neuer Komet: Es gibt ein Reservoir von Kometen weit über das Reich der Planeten hinaus, und es schickt nur gelegentlich einen Abgesandten nach innen.
Schließlich haben diese langperiodischen Kometen etwas gemeinsam. Durch sorgfältige Beobachtungen können Astronomen ihre gesamte Umlaufbahn rekonstruieren und ihr Aphel finden – ihre weiteste Entfernung von der Sonne. Und viele Kometen teilen, wie der Astronom Jans Oort zum ersten Mal feststellte, ein Aphel, das etwa 20.000 AE oder 20.000 Mal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde.
Eine kugelförmige Anordnung mit einer bestimmten Dicke, die gelegentlich eines von ihnen sendet seine Mitglieder nach innen. Höllisch. Eine Wolke.
Die Oort-Wolke: Heimat der Kometen.
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Flut
Natürlich sind wir uns nicht ganz sicher, wie groß die Oort-Wolke ist oder wie viele Mitglieder sie als Zuhause bezeichnen. Um es herauszufinden, wir Verlassen Sie sich auf Computersimulationen nach Computersimulationen, wobei Sie die Umlaufbahnen der Planeten, Modelle für die Bildung des Sonnensystems und die Wege bekannter Kometen berücksichtigen. Zusammengenommen ergibt sich ein Bild einer enormen und enorm leeren Struktur, die sich überspannt von 2.000 bis 200.000 AU und mit mehr als einer Billion Objekten, die mindestens eine Meile breit sind, und unzähligen weiteren.
200.000 AE sind eine erstaunliche Entfernung – das sind ungefähr 3 Lichtjahre. In dieser Entfernung sind die Kometen fast völlig fern und nur durch eine schwache unsichtbare Kette von kaum an unserer Sonne befestigt Schwerkraft. Aufgrund dieser schwachen Verbindung haben sie nicht das Bedürfnis, sich in einem Ring oder einer Scheibe niederzulassen und sich auf natürliche Weise in einer Hülle anzuordnen.
Was mehr ist, wenn die Sonne so winzig zieht, die Kometen sind sehr anfällig für andere, fremde Vorschläge. Ein wandernder vorbeiziehender Stern oder eine riesige Molekülwolke können einen zusätzlichen Gravitationsschlepper auf sie ausüben, sie destabilisieren und einige nach außen in die interstellare Leere zerstreuen… und andere nach innen in ihr endgültiges Verderben / p>
Aber die vielleicht größte Einflussquelle ist die Milchstraße selbst. Es ist eine Frage der Dichte: Die allgemeine Anordnung von Sternen und Nebeln auf einer Seite des Sonnensystems ist ein wenig etwas anders als am anderen. Dies wird als „galaktische Flut“ bezeichnet, weil es genau dieselbe Physik ist – Unterschiede in der Dichte von einer Seite zur anderen -, die die Gezeiten des Ozeans hervorrufen. Hier auf der Erde, tief in der Schwerkraft der Sonne, diese Unterschiede in der galaktischen Dichte machen keinen Unterschied. Aber in der Oort-Wolke tun sie das.
Wenn diese Kometen ihren Weg in ihren langen, langsamen Umlaufbahnen finden, können sie einen zusätzlichen Gravitationsschlepper von der Erde erfahren Galaktische Flut. Wenn sich der Komet am Aphel befindet, seinem am weitesten von der Sonne entfernten Punkt, wird er möglicherweise dazu ermutigt, sich ein wenig weiter als beim letzten Mal nach außen zu bewegen. Und die Art und Weise, wie die Umlaufbahnen funktionieren, wenn der Pfad in eine Richtung gestreckt wird, ist es muss in der anderen schrumpfen; in diesem Fall bringt das zusätzliche Ziehen aus der Galaxie am Aphel den Kometen ironischerweise noch näher an die Sonne, während er sich in seiner Umlaufbahn fortsetzt.
Schließlich wird das ständige Ziehen den Kometen formen. “ s Umlaufbahn so extrem, dass es in das innere Sonnensystem eintaucht, wo die Gravitäten der Sonne und der Planeten Ändern Sie seine Flugbahn weiter und besiegeln Sie ihr Schicksal.
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Erfahren Sie mehr, indem Sie sich die Episode „Was passiert, wenn Galaxien kollidieren?“ Anhören. im Ask A Spaceman-Podcast, verfügbar bei iTunes und im Internet unter http://www.askaspaceman.com. Vielen Dank an Marshall S. für die Fragen, die zu diesem Stück geführt haben! Stellen Sie Ihre eigene Frage auf Twitter mit #AskASpaceman oder folgen Sie Paul @PaulMattSutter und facebook.com/PaulMattSutter. Folgen Sie uns auf Twitter @Spacedotcom und auf Facebook.