D / 1993 F2 (Shoemaker-Levy)
D / 1993 F2 (Shoemaker-Levy)Înclinare | 94,23333 ° |
---|
Diametrul miezului | 1,8 km |
---|
Descoperitori | Carolyn S. Shoemaker , Eugene M. Shoemaker , David H. Levy , Philippe Bendjoya |
---|---|
Datat | 24 martie 1993 |
Denumiri | D / 1993 F2 |
Shoemaker-Levy 9 , desemnat oficial D / 1993 F2 (Shoemaker-Levy) și uneori prescurtat ca SL9 , este o cometă care s-a despărțit în timpul apropierii de planeta Jupiter și apoi s- a ciocnit de ea între 16 și22 iulie 1994. Acesta a furnizat prima observare directă a unei coliziuni , în afara Pământului , între două obiecte din sistemul solar . A generat o mulțime de mediatizare și cometa a fost observată îndeaproape de astronomii din întreaga lume. Coliziunea a adus noi informații despre Jupiter și a evidențiat rolul său în reducerea resturilor spațiale din sistemul solar.
Cometa a fost descoperită de astronomii americani Carolyn și Eugene Shoemaker , din Quebecer David Levy și de francezul Philippe Bendjoya ; este a noua cometă descoperită prin colaborarea dintre Shoemaker și David Levy . Cometa este văzută în noaptea de24 martie 1993Pe o fotografie făcută cu telescopul Schmidt de 40 de centimetri al Observatorului Palomar din California . Este prima cometă observată pe orbita din jurul unei planete și probabil că fusese deja capturată de planetă între 20 și 30 de ani mai devreme.
Calculele au arătat că forma fragmentată neobișnuită a cometei este legată de un pasaj anterior de lângă Jupiter în iulie 1992 . În acest moment, orbita cometei Shoemaker-Levy 9 traversează limita Roche a lui Jupiter și forțele de maree ale lui Jupiter acționează pentru a separa cometa în diferite bucăți. Ulterior, este observat ca o serie de fragmente cu diametrul de până la 2 km . Aceste fragmente se ciocnesc cu emisfera sudică a lui Jupiter între anii 16 și 1622 iulie 1994cu o viteză de aproximativ 60 de kilometri pe secundă . În timpul acestui eveniment, „cicatricile” semnificative lăsate de impactul fragmentelor sunt mai vizibile decât faimoasa Mare Pată Roșie și persistă câteva luni.
Astronomii Carolyn S. Shoemaker , Eugene M. Shoemaker , David H. Levy și Philippe Bendjoya (un tânăr student francez) descoperă cometa Shoemaker-Levy 9 în noaptea de24 martie 1993în timp ce conduc un program de observații care vizează descoperirea obiectelor apropiate de Pământ . Cometa apare într-o fotografie făcută cu telescopul Schmidt de 0,4 m la Observatorul Mount Palomar din California. Prin urmare, cometa este o descoperire fortuită, dar care eclipsează rapid rezultatele principalului lor program de observații.
Cometa Shoemaker-Levy 9 este a noua cometă periodică (perioada orbitală este de 200 de ani sau mai puțin) descoperită de Shoemaker and Levy, de unde și numele său. Este cea de-a unsprezecea descoperire a lor de comete, împreună cu cele a două comete non-periodice care utilizează nomenclatură diferită. Descoperirea este anunțată în circulara UAI 5725 din27 martie 1993.
Chiar și prima imagine a cometei Shoemaker-Levy 9 indică deja faptul că este neobișnuită, deoarece pare să prezinte mai mulți nuclei într-o regiune alungită cu o lungime de aproximativ 50 de secunde de arc și o lățime de 10 secunde de arc. Brian Marsden de la Biroul Central al IAU a scris în acest moment că cometa se află la doar 4 grade de Jupiter, așa cum se vede de pe Pământ și că toate acestea ar putea fi în mod evident efectul direct al unei linii de vedere, propria sa mișcare sugerând că el era fizic. aproape de planeta gigant. Din acest motiv, el face ipoteza că mișcarea cometei este modificată de gravitatea lui Jupiter.
Studiile orbitale ale noii comete relevă că orbitează mai degrabă Jupiter decât Soarele, spre deosebire de toate celelalte comete cunoscute în acest moment. Orbita sa este foarte slab legată de Jupiter cu o perioadă de aproximativ doi ani și cu o distanță cea mai îndepărtată de Jupiter de 0,33 unități astronomice. Orbita sa eliptică din jurul planetei este puternic excentrică (e = 0,9986).
Calculul mișcării orbitale a cometei relevă faptul că orbitează Jupiter de ceva timp. Cel mai probabil a fost capturat de pe o orbită solară la începutul anilor 1970, deși capturarea ar fi putut avea loc încă de la mijlocul anilor 1960. Alți observatori au găsit imagini ale cometei înainte de cea prezentată pe24 martie, în special Kin Endate într-o fotografie expusă pe15 martie, Satoru Ōtomo le17 martieprecum și o echipă condusă de Eleanor Helin din imagini datând din19 martie. Nicio imagine înainte de lunaMartie 1993nu a fost găsit. Înainte ca cometa să fie capturată de Jupiter, era probabil o cometă de scurtă perioadă, cu afelie chiar în interiorul orbitei Jupiter și periheliu în interiorul centurii de asteroizi .
Volumul de spațiu în care se consideră că un obiect orbitează Jupiter este definit de sfera Hill a lui Jupiter (sau sfera Roche), cu o rază de 50,6 milioane de kilometri (0,338 UA). Când cometa trece aproape de Jupiter la sfârșitul anilor 1960 sau la începutul anilor 1970, aceasta se află aproape de afeliu și este apoi ușor în sfera dealului lui Jupiter. Marea gravitație a lui Jupiter conduce cometa spre planetă. Datorită deplasării foarte mici a cometei față de Jupiter, aceasta se îndreaptă aproape direct spre planetă, motiv pentru care se deplasează pe o orbită de excentricitate puternică (elipsa este deci aproape aplatizată).
Aparent, cometa a trecut foarte aproape de Jupiter 7 iulie 1992, puțin peste 40.000 km de vârfurile norilor planetei - o distanță mai mică decât raza lui Jupiter, care este de aproximativ 70.000 km și pe orbita Métis , luna cea mai apropiată de Jupiter, precum și de limita Roche a planetei, în cadrul căreia forțele mareelor sunt suficient de puternice pentru a dezorganizează sau rupe cometa, menținută doar de gravitație. Deși cometa s-a apropiat de Jupiter în trecut, întâlnirea lui7 iuliepare a fi de departe cea mai apropiată, iar fragmentarea cometei are loc probabil în acest moment. Fiecare fragment al cometei este desemnat printr-o literă a alfabetului de la fragmentul A la fragmentul W, o metodă deja utilizată anterior pentru cometele fragmentate.
O caracteristică interesantă pentru astronomii planetari este că cele mai bune soluții orbitale sugerează că cometa va trece la 45.000 km de centrul lui Jupiter, o distanță mai mică decât raza planetei, ceea ce înseamnă că există o mare probabilitate ca Shoemaker-Levy 9 să se ciocnească cu Jupiter în lunaIulie 1994. Studiile sugerează, de asemenea, că seria de fragmente trebuie să intre activ în atmosfera lui Jupiter pentru o perioadă de aproximativ cinci zile.
Descoperirea unei comete care s-ar putea ciocni cu Jupiter provoacă mari frământări în cadrul comunității astronomice și nu numai, deoarece astronomii nu au mai văzut până acum două corpuri importante din sistemul solar. Sunt întreprinse multe studii asupra cometei și pe măsură ce orbita acesteia devine mai clară, posibilitatea unei coliziuni devine o certitudine. Coliziunea trebuie să fie o ocazie unică pentru oamenii de știință de a observa interiorul atmosferei lui Jupiter, deoarece se crede că coliziile provoacă erupții de materie din straturile atmosferei care sunt de obicei ascunse de nori.
Astronomii estimează că fragmentele vizibile ale cometei variază de la câteva sute de metri la câțiva kilometri în diametru, sugerând că cometa de la originea sa ar putea avea un nucleu de peste 5 km dintr-o parte în alta, în comparație este puțin mai mare decât cometa Hyakutake , care a devenit foarte strălucitoare când a trecut aproape de Pământ în 1996. Una dintre dezbaterile care preced coliziunea este de a ști dacă efectele impactului acestor corpuri mici vor fi vizibile de pe Pământ, cu excepția unei fulgere. când se dezintegrează ca niște meteori uriași. Unii sugerează că efectele impactului vor duce la propagarea undelor seismice pe planetă, la o creștere a nebulozității stratosferice pe planetă din cauza prafului degajat în timpul impactului și la o creștere a masei inelelor din Jupiter . Dar, din moment ce observarea unei astfel de coliziuni este până acum fără precedent, astronomii sunt prudenți în predicțiile efectelor din timpul acestui eveniment.
Nerăbdarea crește odată cu apropierea datei așteptate pentru coliziuni, iar astronomii și-au pregătit telescoapele terestre pentru observațiile lui Jupiter. Mai multe observatoare spațiale fac același lucru, inclusiv telescopul spațial Hubble , satelitul german Rosat pentru observații în raze X și, în special, sonda spațială Galileo , în timp ce se deplasau la o întâlnire cu Jupiter programată pentru 1995. Impacturile se produc pe partea lui Jupiter , o față care nu este vizibilă de pe Pământ, dar pe care sonda Galileo situată la o distanță de 1,6 UA de planetă este capabilă să o vadă. În plus, rotația rapidă a lui Jupiter (puțin mai puțin de 10 ore) face posibilă arătarea siturilor de impact observatorilor terestri doar la câteva minute după coliziune.
Alți doi sateliți efectuează, de asemenea, observații în momentul impactului: sonda spațială Ulysses , concepută inițial pentru observații solare, este orientată spre Jupiter din locația îndepărtată de 2,6 UA și sonda îndepărtată Voyager 2 situată la 44 UA de Jupiter, pe cale să părăsească Sistemul solar, după întâlnirea sa cu Neptun în 1989, este programat să înregistreze emisiuni radio în intervalul 1-390 kHz .
Primul impact are loc 16 iulie 1994la 20 h 13 UTC , când fragmentul lovește emisfera sudică a lui Jupiter cu o viteză de aproximativ 60 km / s . Instrumentele de la bordul sondei Galileo detectează apoi o minge de foc care atinge un vârf de temperatură de aproximativ 24.000 K (în timp ce temperatura medie din vârful norilor lui Jupiter este aproape de 130 K ), apoi se extinde și după 40 s temperatura scade rapid la aproape 1500 K . Jetul mingii de foc a atins rapid o înălțime de peste 3.000 km . La câteva minute după detectarea mingii de foc, Galileo detectează din nou o creștere a căldurii, probabil legată de materialul expulzat în urma căderii de pe planetă. Observatorii terestri pot detecta mingea de foc care se ridică deasupra discului planetei la scurt timp după impactul inițial.
Astronomii se așteptau să vadă mingi de foc din impact, dar nu erau siguri dacă efectele atmosferice ale impactului vor fi vizibile de pe Pământ. Observatorii văd apoi o uriașă pată neagră apărând după primul impact. Marca întunecată este chiar vizibilă cu telescoape mici și se întinde pe aproape 6.000 km (aproximativ raza Pământului ). Această pată și următoarele pete întunecate sunt interpretate ca efectele resturilor de impact și sunt semnificativ asimetrice, formând semilune în direcția impactului.
În următoarele șase zile, au fost înregistrate 21 de impacturi distincte, dintre care cel mai semnificativ a avut loc la 18 iuliela 7 h 33 UTC când fragmentul G l-a lovit pe Jupiter. Acest impact creează o pată întunecată gigantică de peste 12.000 km lățime și energia echivalentă eliberată este estimată la șase teratoni de TNT (de 600 de ori mai mare decât arsenalul nuclear din lume). Cele două impacturi ale19 iulie, 12 ore distanță formează semne de impact similare ca dimensiune cu cele cauzate de „fragmentul G” și impacturile continuă până la 22 iuliecând fragmentul W lovește planeta.
Observatorii au sperat că impactul le va oferi o primă privire asupra a ceea ce se află sub vârful norilor lui Jupiter, dar fragmentele de cometă au aruncat o cantitate mică de material în atmosfera superioară. Studiile spectroscopice au relevat linii de absorbție în spectrul jovian legate de disulfur (S 2) și disulfură de carbon (CS 2), prima lor detectare pe Jupiter și doar a doua detectare a S 2pe un obiect ceresc . Alte molecule sunt detectate , cum ar fi amoniacul (NH 3) și hidrogen sulfurat (H 2 S). Cantitatea de sulf obținută este mult mai mare decât ceea ce se așteaptă într-un mic nucleu cometar, arătând că este prezent material din Jupiter. Moleculele care conțin oxigen, cum ar fi dioxidul de sulf , nu sunt totuși detectate, spre surprinderea astronomilor.
În plus față de aceste molecule, este detectată emisia de atomi grei precum fierul , magneziul și siliciul , în concentrații compatibile cu ceea ce se poate găsi într-un nucleu cometar. O cantitate semnificativă de apă este detectată prin spectroscopie, dar mai puțin decât se aștepta, ceea ce înseamnă că fie stratul de apă trebuie să fi fost sub nori și să fie mai subțire decât era de așteptat, sau că fragmentele cometare nu au pătruns suficient de adânc. Cantitatea mică de apă a fost confirmată ulterior de sonda atmosferică Galileo , care a explorat direct atmosfera lui Jupiter.
Coliziunile generează valuri seismice uriașe care se propagă pe planetă la o viteză de 450 m / s și sunt observate mai mult de două ore după cel mai puternic impact. Undele trebuie să se propage în interiorul unui strat atmosferic stabil acționând ca un ghid de undă și unii oameni de știință cred că acest strat stabil trebuie să fie situat în norul ipotetic de apă din troposferă . Cu toate acestea, alte dovezi par să indice că fragmentele cometei nu au ajuns la stratul de apă și, în schimb, valurile s-au propagat în stratosferă .
Observațiile radio arată o creștere accentuată a emisiilor continue la o lungime de undă de 21 cm după impactul principal, care atinge maxim 120% din emisia normală de pe planetă. Acest lucru se datorează probabil radiației sincrotron cauzate de injecția de electroni relativisti - electroni cu viteze apropiate de viteza luminii - în magnetosfera lui Jupiter în urma impactului.
La aproximativ o oră după coliziunea „fragmentului K” de pe Jupiter, observatorii au înregistrat emisii aurorale în apropierea zonei de impact, precum și la antipodul locului de impact, având în vedere câmpul magnetic puternic al lui Jupiter. Originea acestor emisii este dificil de stabilit din cauza lipsei de cunoștințe despre câmpul magnetic intern al lui Jupiter și geometria siturilor de impact. O explicație sugerează că undele de șoc care accelerează în sus din zona de impact au accelerat particulele încărcate suficient pentru a provoca emisii aurorale, fenomen care este mai des asociat cu particulele de vânt solar care se mișcă rapid și care lovesc atmosfera unei planete lângă un pol magnetic .
Astronomii au sugerat că impactul ar putea avea un efect semnificativ asupra Torul lui Io , torus de particule de mare energie care face legătura cu Jupiter Luna Io este foarte vulcanic. Studiile spectroscopice de înaltă rezoluție arată că variațiile densității ionice, a vitezei de rotație și a temperaturilor în momentul impactului și după coliziune sunt, de fapt, în limite normale.
Una dintre surprize în urma impactului este cantitatea redusă de apă obținută în comparație cu prognozele anterioare. Înainte de impact, modelele din atmosfera lui Jupiter indicau că explozia celor mai mari fragmente ar avea loc la presiuni atmosferice cuprinse între 30 kilopascali și câteva zeci de megapascali (de la 0,3 la câteva sute de bare), dintre care unii au prezis că cometa va pătrunde într-un strat de apă și creează un voal albăstrui peste această regiune a lui Jupiter.
Astronomii nu observă cantități mari de apă după coliziuni, iar studiile de impact ulterioare arată că fragmentarea și distrugerea fragmentelor cometare într-o „explozie de aer” s-au produs probabil la altitudini mult mai mari. , cu mult peste adâncimea așteptată a stratului de apă. Fragmentele mai mici probabil s-au distrus înainte de a ajunge chiar la stratul de nori.
Impacturile lasă cicatrici vizibile pe Jupiter timp de câteva luni. Unele sunt foarte importante, iar observatorii le descriu ca fiind mai vizibile decât marea pata roșie . Din toate observațiile făcute până acum pe planetă, aceste pete sunt probabil una dintre cele mai importante particularități de trecere observate vreodată și, deși marea pată roșie are o culoare remarcabilă, nu prezintă pete de dimensiuni și de o culoare la fel de întunecată ca cele provocate de impactul Shoemaker-Levy 9 nu fusese înregistrat înainte.
Observațiile spectroscopice relevă, de asemenea, că amoniacul și disulfura de carbon au persistat în atmosferă cel puțin paisprezece luni după coliziuni cu o cantitate considerabilă de amoniac prezentă în stratosferă, mai degrabă decât la locația sa obișnuită în troposferă.
Împotriva tuturor așteptărilor, temperatura atmosferei scade la nivelul obișnuit și mult mai rapid pe cele mai mari situri de impact decât pe cele mai mici: în cele mai importante regiuni, creșterea temperaturilor a avut loc pe o suprafață de 15.000 până la 20.000 km lățime și apoi a revenit la un nivel normal în săptămâna următoare impactului. În cele mai mici zone, temperaturile cu 10 K mai mari decât mediul persistă aproape două săptămâni. Temperaturile globale stratosferice au crescut imediat după impact și apoi au scăzut două până la trei săptămâni mai târziu sub temperaturile dinaintea coliziunii, înainte de a crește încet la temperaturi normale.
Cometa Shoemaker-Levy 9 nu este singura care a orbitat Jupiter de ceva timp; se știe că alte cinci comete, inclusiv 82P / Gehrels , 147P / Kushida-Muramatsu și 111P / Helin-Roman-Crockett, au fost capturate temporar de planetă. Orbitele cometare din jurul lui Jupiter sunt instabile, deoarece sunt foarte eliptice și probabil să fie puternic tulburate de gravitația Soarelui la apogeul său (cel mai îndepărtat punct de pe orbita de pe planetă). Jupiter este de departe cea mai masivă planetă din sistemul solar și poate captura obiecte destul de des, dar dimensiunea Shoemaker-Levy 9 rămâne rară: un studiu post-impact estimează că cometele de 0,3 km în diametru afectează planeta o dată la 500 de ani și cei 1,6 km în diametru doar o dată la 6000 de ani.
Există dovezi care arată că cometele s-au fragmentat anterior și s-au ciocnit cu Jupiter și sateliții săi. În timpul misiunilor Voyager to the Planet, specialiștii planetei au identificat 13 lanțuri de cratere pe Callisto și trei pe Ganymede , a căror origine este un mister. Lanțurile de cratere observate pe Lună se întind adesea pe cratere mari a căror formare ar fi legată de impacturile secundare ale primei ejecții, dar pe lunile lui Jupiter, lanțurile nu duc la un crater original mare. Impactul Shoemaker-Levy 9 sugerează cu tărie că lanțurile provin dintr-o serie de fragmente cometare dezorganizate care se prăbușesc în sateliți.
19 iulie 2009, o nouă pată întunecată de mărimea Oceanului Pacific a apărut în emisfera sudică a lui Jupiter. Măsurătorile termice din infraroșu arată că locul impactului este fierbinte, iar analiza spectroscopică relevă producția de amoniac fierbinte în exces și praf bogat în silice în regiunile superioare ale atmosferei lui Jupiter. Oamenii de știință concluzionează că a avut loc o altă coliziune, dar de data aceasta cu un obiect mai compact și mai dur, posibil un asteroid mic, neobservat.
Coliziunea cometei Shoemaker-Levy 9 prezintă comportamentul lui Jupiter ca un fel de „aspirator cosmic” în cadrul sistemului solar. Influența gravitațională puternică a planetei face ca multe comete și asteroizi mici să se prăbușească asupra planetei, iar rata impacturilor cometare asupra lui Jupiter este estimată a fi între două mii și opt mii de ori mai mare decât Pământul. Dacă Jupiter nu ar exista, probabilitatea impactului cu asteroizii pe alte planete din sistemul solar ar fi mai mare.
În general, se crede că dispariția dinozaurilor la sfârșitul perioadei Cretacice a fost cauzată de un impact cosmic care a provenit din craterul Chicxulub , arătând că impacturile reprezintă o amenințare semnificativă pentru viața de pe Pământ. Astronomii au speculat că fără planeta Jupiter să intercepteze potențialii factori de impact, evenimentele care cauzează dispariția ar putea fi mai frecvente pe Pământ și o formă de viață complexă nu s-ar fi putut dezvolta. Aceasta face parte din argumentul utilizat în ipoteza Pământului Rar .
Studiile arată, de asemenea, că prezența unei planete mai mici în locul lui Jupiter în sistemul solar ar putea crește semnificativ rata de impact a cometelor pe Pământ. O planetă a masei lui Jupiter pare să ofere încă o protecție mai bună împotriva asteroizilor, dar nu se cunoaște întreaga gamă de efecte generate de corpuri care orbitează sistemul solar.
Tabelul de mai jos prezintă cele 23 de fragmente identificate din Shoemaker-Levy 9, precum și data coliziunii lor cu Jupiter.
Fragment | Data coliziunii |
---|---|
LA | 16.07.1994 |
B | 17.07.1994 |
VS | 17.07.1994 |
D | 17.07.1994 |
E | 17.07.1994 |
F | 18.07.1994 |
G | 18.07.1994 |
H | 18.07.1994 |
J | 19.07.1994 |
K | 19.07.1994 |
L | 19.07.1994 |
M | 20.07.1994 |
NU | 20.07.1994 |
P1 | 20.07.1994 |
P2 | 20.07.1994 |
Q1 | 20.07.1994 |
Q2 | 20.07.1994 |
R | 21.07.1994 |
S | 21.07.1994 |
T | 21.07.1994 |
U | 21.07.1994 |
V | 22.07.1994 |
W | 22.07.1994 |