Cometa Tempel 1 e missione Deep Impact

Deep Impact

31 agosto 2005

Il 4 luglio scorso si è appreso che la sonda "Deep Impact" aveva rilasciato un modulo costituito da una massa di 410 chilogrammi di rame, che era entrato in collisione con la cometa Tempel 1, scoperta a occhio nudo nel aprile 1867 dall'astronomo marsigliese E.W. Tempel.

L'oggetto ha un periodo di 5,5 anni ed orbita tra Marte e Giove. La sua dimensione massima è stimata in 6 km. La NASA ha quindi lanciato una sonda, con l'obiettivo di cercare di capire meglio la composizione e la struttura interna delle comete, inviando un oggetto che colliderebbe con una di esse.

Ecco le orbite:

Orbita della cometa Tempel 1 tra quelle di Marte e Giove. Osservate, al punto più vicino al Sole, la non-circularità dell'orbita di Mercurio, abbastanza marcata. In alto, sull'orbita marrone, la posizione occupata dalla cometa al momento del lancio della sonda. L'orbita circolare blu è quella della Terra. In alto, la posizione occupata da questa al momento del lancio della sonda. Sei mesi dopo (mezza orbita terrestre), l'impatto. Misurate le distanze curvilinee percorse dalla cometa e dalla sonda nello stesso intervallo di tempo. La prima viaggia più velocemente.

Una precisazione sulla traiettoria di impatto. All'indirizzo:

http://deepimpact.umd.edu/amateur/where_is.shtml

troverete una splendida animazione.

Troverete prima due pulsanti, che vi permetteranno di variare il "punto di vista". Così vedrete che l'orbita della cometa è abbastanza inclinata rispetto al piano dell'eclittica.

È ciò che le ha permesso di sopravvivere. Esistono diversi tipi di comete. Alcune, dette "aperiodiche", compiono un'unica escursione nel nostro sistema solare e poi non danno più segni di vita. In realtà conosciamo molto poco la struttura di questo grande "nuvolo", di questo serbatoio di comete che dovrebbe trovarsi ben al di là del nostro sistema solare. Origine? Quando il sistema solare era ancora giovane, si formavano i pianeti. Allora entravano in gioco diversi meccanismi. Il più semplice da comprendere è il "cannibalismo", la collisione frontale tra un piccolo oggetto e uno più grande, quest'ultimo che incorpora il primo nella sua massa. Il secondo meccanismo è l'effetto fionda positivo. Nel senso matematico si tratta di un "incontro" (termine inglese, preso dalla teoria cinetica dei gas: encounter). Il sistema solare primitivo era "collisionale". Queste collisioni tendono a creare una distribuzione delle velocità di Maxwell-Boltzmann per tutte le popolazioni. È un sistema "multi-popolazioni". C'è tendenza all'equilibrio termodinamico per ciascuna di esse. Quando abbiamo un miscuglio di due gas in equilibrio termodinamico (per esempio il plasma che costituisce il Sole), le energie cinetiche medie delle diverse popolazioni sono uguali. Sono tra loro proporzionali ai rapporti delle masse. Prendiamo un plasma di idrogeno. Gli elettroni sono 1850 volte più leggeri dei nuclei di idrogeno. Così la velocità di agitazione termica degli elettroni è √1850 volte più elevata rispetto a quella degli ioni idrogeno, ovvero circa 43 volte più elevata.

Un miscuglio di "specie pesanti" e "specie leggere" tende ad accelerare le specie leggere ("grumi di vapore acqueo sporco" o "ghiaccio sporco" che costituiranno le proto-comete). Il sistema solare ha quindi espulso una miriade di piccoli oggetti. Alcuni, avendo raggiunto la velocità di fuga rispetto al Sole, si sono persi nello spazio interstellare. Altri sono rimasti, nella nostra "grande periferia". Poiché questi "incontri", queste interazioni agiscono in entrambi i sensi (ma globalmente accelerano gli oggetti piccoli), c'è un "effetto fionda negativo" che "popola" la distribuzione di Maxwell-Boltzmann verso velocità più basse. Molti oggetti piccoli sono stati così rallentati e, per esempio, sono caduti sul Sole. Oppure su pianeti terrestri, come il nostro, costituendo forse masse oceaniche.

Tempel 1 è una cometa con un destino intermedio. Ha acquisito una velocità simile a quella dei pianeti. Ma ha avuto anche la fortuna di trovarsi su un'orbita inclinata, il che riduce i rischi di cattive collisioni con i pianeti, che sono tutti più pesanti di lei e altererebbero inevitabilmente la sua orbita. Quest'orbita si è infatti leggermente modificata dal momento della scoperta dell'oggetto. Guardate l'evoluzione, grazie a Google. Perché si disperde meno della cometa di Halley? Buona domanda. Sappiamo poco sul processo di disperdimento, come poco sappiamo sulla struttura interna delle comete.

In realtà anche il nostro pianeta si disperde, e questo fenomeno si chiama vulcanismo. Sappiamo che è accentuato dall'effetto di marea (azione di Giove su Io, il primo a maltrattare con cura il suo satellite). Se Io reagisce così intensamente alla presenza del suo vicino prossimo è perché ruota su se stessa. Se fosse sincrono con il pianeta gigante non ci sarebbe un vulcanismo così violento. Inoltre Io è molto vicino a Giove.

Forse l'attività di disperdimento delle comete è legata al loro periodo di rotazione intorno a se stesse. Una cometa che ruota è una cometa più sensibile agli effetti di marea prodotti dalla vicinanza dei pianeti. Si osserva infatti che le comete si disperdono quando entrano all'interno dell'orbita di Giove. È perché ricevono più radiazione dal Sole? Sì, se questo disperdimento è semplicemente una sublimazione della superficie. No, se si tratta di eruzioni provenienti dai loro fondi. Osservando le immagini catturate da Giotto mentre si avvicinava a Halley, si vede chiaramente la presenza di fonti eruttive. Potrebbe quindi essere che il riacquisto di attività di una cometa che entra nel sistema solare sia legato al suo maltrattamento interno causato dagli effetti di marea, intenso se ruota su se stessa. Abbiamo misurato questi periodi di rotazione?

Da questo punto di vista, Tempel 1 sarebbe un oggetto relativamente poco attivo perché ruota poco su se stessa, quindi poco sensibile a questo effetto di maltrattamento per effetti di marea, che scatena eruzioni di ogni tipo (vulcaniche su Io, di disperdimento sulle comete). Chiedete a Brahic cosa ne pensa. L'astrofisica è supposta essere il suo campo.

Potrete posizionare a piacere gli oggetti. Ecco prima la cometa Tempel 1 in avvicinamento, dopo l'ingaggio in orbita della sonda Deep Impact. Noterete di passaggio la data dell'impatto: il 4 luglio. Gli americani amano così firmare le loro imprese spaziali e indicare quanto controllino la traiettoria delle loro sonde. Questa data corrisponde all'anniversario della loro rivoluzione, e non è un semplice caso.

L'osservazione attenta dell'animazione mostra chiaramente che Tempel 1 ruota più velocemente della sonda e la raggiunge. In realtà è la cometa a colpire la sonda, non il contrario. Ma poco importa. Immagine successiva, siamo due mesi dopo. La cometa si prepara a colpire la sonda, o almeno l'oggetto che si staccherà da essa per causare questa collisione.

Ecco la cometa, immagine scattata cinque minuti prima dell'impatto:

La cometa. Immagine scattata 5 minuti prima dell'impatto.

La sonda e il modulo d'impatto