Alguns secrets que Halley no ha pogut guardar

1986/12/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia

Elhuyar. En el número 1 de Ciència i Tècnica escrivim un article sobre l'arribada del cometa Halley, comentant teories sobre la naturalesa i peculiaritats de les cometis. En aquesta ocasió tornarem a reprendre el tema per a confirmar o corregir el que s'ha dit i afegir noves dades, ja que Giotto i altres dispositius enviats per al seguiment del cometa han enviat nous resultats.

En primer lloc, d'entre els resultats obtinguts, el més important és el referit a l'estructura i composició de cometes comentades en el nostre article. Cal dir que la hipòtesi de Whipple s'ha confirmat. Per tant, en paraules de Whipple, els cometes són boles de gel "brut", i quan s'acosten al Sol se sublima part d'aquest gel, però en el centre sempre hi ha un nucli sòlid.

Els objectius principals dels programes d'anàlisis d'Halley estaven orientats a donar resposta a tres problemes: l'origen dels cometes, la naturalesa del nucli (composició) i les interaccions del cometa amb el mitjà interestel·lar. Els instruments que portava Giotto per a recollir dades per a respondre a aquestes preguntes són: càmera de fotos, espectròmetre de masses, sensors de detecció de pols i emanacions d'ions, plasma calent i eines de mesurament del mig magnètic del cometa.

Cal destacar també les dades enviades per les dues sondes japoneses Suisei i Sakigake i pels soviètics Vega 1 i 2. Aquests últims, per part seva, van fer un important treball ajudant a conduir cap a Giotto Halley. La intenció de E.A.S. era fer passar a 500 km del nucli del cometa Giotto. Per a això és necessari conèixer amb gran precisió la posició del cometa, amb major precisió que la que podien obtenir mesurats des de la Terra. Les naus espacials de Sovie van omplir aquest buit enviant les posicions del nucli. Així, Giotto va passar pel punt de mínima distància a les 00.03:00 (UT) del 14 de març, a 585 km, 5 segons després de l'esperat. Aquesta aproximació va tenir lloc quan Giotto i Halley tenien un sentit contrari.

En conseqüència, la velocitat de l'espaiat respecte a les fraccions de pols que es trobaven en el camí va aconseguir els 68,4 km/s, augmentant considerablement la força dels seus xocs. Alguns d'aquests xocs van provocar la deterioració d'alguns aparells i 2 segons abans d'aconseguir la distància mínima, el Giotto va sofrir una sèrie de tremolors i la seva antena va romandre 34 minuts sense orientar-se cap a la Terra, allunyant-se 605 km en aquest interval. No obstant això, no es va perdre informació, ja que es va recuperar del magnetòfon de la nau espacial.

D'altra banda, segons les dades enviades pels sensors de pols es poden extreure dues conclusions inesperades. D'una banda, la quantitat de pols que envolta el cometa és relativament petita, excepte en la zona més pròxima al nucli. El comptador de Giotto va comptar al voltant de 12000 xocs i el nombre de xocs no va ser major del possible fins a 20 segons abans de la màxima aproximació. D'altra banda, la grandària de les fraccions també és petit.

El pes mig de les fraccions més grans és de 30 µg i encara que l'impacte de la primera d'elles es va produir 70 minuts abans de passar pel punt més pròxim, la segona (a 287.000 km del nucli) no va arribar fins als 68 minuts més tard. La fracció màxima que donava el comptador va ser de 40 mg. Les fraccions mitjanes, de la grandària de les fraccions de fum de cigar, també són escasses. La primera col·lisió va tenir lloc a 150000 km i no va començar a proliferar el flux fins a aproximar-se als 70000 km. Les fraccions petites són de menys de 10 a 15 g i són les més abundants. Giotto va recollir un total de 150 mg de pols.

Les pròpies ones de ràdio que Giotto enviava cap a la Terra, a més de la informació que transportaven, han contribuït a limitar la distribució de la pols, com veurem a continuació. Per descomptat, la pols frenava la velocitat del Giotto, i aquest acariciamiento provoca un desplaçament de l'efecte Doppler en la recepció de les ones. Com s'ha comentat anteriorment, la densitat de la pols entorn del punt de màxima aproximació era major. No obstant això, s'esperava que el lliscament només fora de l'ordre de 2 Hertz, però el que es va mesurar va ser de 16 Hertz. Aquest desplaçament correspon a la baixada de 70 cm/s de la velocitat del Giotto. Per tant, podem dir que: Que la major part de la pols que envolta a Halley està molt prop del nucli.

El treball dels espectròmetres també va ser excel·lent i els resultats van ser molt interessants. Els ions més abundants oposats són els deguts al trencament d'aigua H 3 O + , H 2 0 + , HO + i O + . Segons estimacions realitzades a partir de la concentració d'aquests ions, l'assaig de gel del cometa és del 58%. Els ions carboni-nitrogenats també eren relativament abundants: CO + , CN + , N 2 O + , HCN + , CO 2 + i N 2 + . També es van trobar els ions S + i S 2 + del sofre i alguns metalls: Fe + , Co + , Cu + i Ni + i Mg ++ . Sorprèn també la detecció d'ions en massa de més de 100 a.m.o.a., mentre que la detecció d'ions de sodi és molt reduïda.

Segons aquestes dades, l'abundància de compostos de carboni és relativament elevada. No obstant això, els científics esperaven una mica així. Els resultats obtinguts confirmen les previsions sobre l'edat del cometa. Segons càlculs realitzats amb l'ajuda de les computadores, fa 100000 anys Halley es va posar en l'òrbita actual. En cas de tenir aquesta edat, s'esperava un índex similar al que s'ha trobat tenint en compte les pèrdues de matería hagudes durant anys. S'han confirmat els càlculs.

Per a explicar completament l'esquema estructural del cometa que es mostra en la figura 1, s'analitzen els resultats obtinguts pels sensors de plasma.

Giotto va trobar la primera ona feble de plasma i el mitjà d'hidrogen a gairebé 8 milions de quilòmetres del nucli del cometa. L'ona branquial que es produeix en xocar el vent solar i la matèria del coma, va passar a una distància aproximada d'un milió de quilòmetres. Cal assenyalar, no obstant això, que en el cas d'Halley (com en el cas d'unes altres cometes que s'han pogut analitzar), la transició es realitza de manera progressiva en una regió relativament extensa. A l'interior d'aquesta regió o langa, Giotto va descobrir camps magnètics molt entremaliats i corrents plasmàtics turbulents, però en alguns llocs els fluxos eren uniformes. El camp magnètic té un màxim de 16000 km.

La superfície de contacte que no poden travessar les fraccions de vent solar es va limitar a 4300 km. Sota aquesta superfície tenim el plasma expulsat del nucli molt fred.

Finalment, la ionopausa es troba a una distància aproximada del punt més pròxim de l'òrbita del Giotto. A l'interior tenim una regió molt serena sense camps magnètics.

La descripció del cometa es completa amb les cues. Sabem que, generalment, les cometis allarguen dos tipus de cues. Una, que en alguns casos no es veu. Es forma amb ions i s'allarga radialment en direcció contrària al Sol. L'altre, format per pols, és de la mateixa direcció, però lleugerament corbat a causa del moviment. Aquestes cues procedeixen de l'impuls del vent solar. Poden ser milions de quilòmetres i els nuclis es componen de matèria sublimada. Les mesures d'aquestes pèrdues van llançar valors de 12 Tm/s al desembre de l'any passat, 20 Tm/s al gener, i de 30 a 60 Tm/s al febrer, màxim el dia que, segons els dies, va passar pel perihelio (9 de febrer), per a descendir ràpidament fins a 5 Tm/s a mitjan març.

Analitzem finalment la part més important del cometa: el nucli. Les fotos de major puresa que Giotto va treure al nucli mostren uns 50 m de detalls, però l'ajuda d'altres estratègies espacials va resultar imprescindible per a delimitar algunes característiques d'interès com el seu aspecte i el període de gir. Si ens associem a aquests dos problemes, hem de dir que el nucli no és esfèric com es creï. La seva massa és massa petita perquè en parlar en la seva aparença la influència de la gravetat sigui important. Per tant, el nucli té forma de patata "", amb una longitud de 15 km i una altura i profunditat d'uns 7,5 km. El moviment de rotació s'ha obtingut comparant les fotos preses de manera consecutiva i s'ha calculat de 52,7 hores.

Els sensors infrarojos de Vega també van enviar informació sobre la temperatura del nucli. El seu valor oscil·la entre els 300 K i els 400 K. D'altra banda, perquè tinguem una petjada dels valors de l'energia que recollia el cometa, dues dades són: La potència que rebia del Sol al seu pas per la zona de Júpiter era de 44 W/m 2, mentre que en el perihelio era superior a 4 kW/m 2. La interpretació dels valors de temperatura i potència rebuda genera un altre problema.

Es creu que el cometa rebia suficient radiació del Sol durant l'estudi de la temperatura de les instal·lacions espacials, mantenint la seva temperatura durant tot el temps per sobre dels 400 K. Noti's que una unitat de superfície realitza la meitat del període de gir a les fosques. Per a superar aquesta contradicció, els científics han tractat de trobar un procés de refrigeració. El fenomen s'ha relacionat amb els dolls de materi que genera l'activitat del nucli. Aquesta matèria sublimada seria la que expulsa la calor. Però analitzem més detingudament aquesta activitat.

La primera impressió és que l'activitat del nucli és irregular i bastant gran. Per tant, la matèria de diferent força apareix en dolls. Com s'ha comentat, aquests dolls estan distribuïts de manera irregular i no suposen en total més del 10% de la superfície. Un altre 90% està cobert per una closca sòlida fosca. I quan diem fosc volem dir que aquesta closca és tan negre com el carbó. El seu albedo està entre 0,062 i 0,04, és a dir, només reflecteix entre el 2% i el 4% de la llum que rep.

Aquest és un altre valor inesperat. S'esperava que el nucli fos lluminós i aquest petit valor de l'albedo va provocar un problema en treure les fotos. La càmera fotogràfica de Giotto estava programada per a seguir el punt més lluminós. A l'ésser el nucli negre, la càmera s'enfoca cap al doll més lluminós que projectava el nucli. Per això, en les fotografies preses a distància es pot veure el nucli complet, però en acostar-se una part important va quedar fora.

La petxina, per part seva, és molt irregular i en ella es veuen cims i valls, alguns amb forma de cràter. Però, com sorgeix aquesta closca fosca i irregular?.

Es creu que el procés de formació es deu al vent solar i a l'atracció de la gravetat del nucli. La matèria que s'expulsa del nucli a baixa velocitat cau de nou a la superfície, formant una paràbola a causa de l'embranzida del vent solar i per força de la gravetat, que és molt petita. D'aquesta manera, el nucli es troba en contínua remodelació i canvi aparent, d'aquí la seva irregularitat. La foscor es basa en l'abundància de compostos que contenen carboni. Encara que aquests compostos no són estructuralment complicats, són més abundants del que es preveu, com ja s'ha comentat, i produeixen un efecte d'hivernacle si la llum s'absorbeix sense deixar que surti.

Ara estem en condicions d'aclarir la formació de dolls que expliquen el procés de refrigeració del nucli. Aquests s'originen sobretot en la zona d'orientació solar, quan la calor de la radiació que rep la closca baixa i sublima els gels subjacents. Això ens porta a acceptar que la petxina és bastant fina, tal vegada d'1 cm. Giotto va estudiar alguns d'aquests dolls en la seva aproximació. Les més llargues eren de més de 15 km i estaven separades irregularment. És de suposar, per tant, que el nucli no és homogeni i que en algunes regions hi ha gel sota la pela i en unes altres hi ha roques més abundants. Les pèrdues de materi es produirien en les zones de gel.

Una vegada coneguts aquests dolls, es va obrir el camí per a aclarir altres detalls que fins llavors no tenien cap explicació. Ells serien la causa de la falta d'uniformitat de les capes que envolten el cometa i les seves interaccions amb el vent solar. D'altra banda, encara que la irregularitat de la superfície del nucli s'ha explicat a través del bombardeig de la matèria expulsada del nucli, els cràters que s'observen en el mateix procedeixen de l'extracció dels dolls i no dels impactes meteorítics, com en el cas de la Lluna.

Finalment, explicarem una altra de les particularitats observades quan el cometa encara estava lluny de la Terra: els sorprenents canvis de lluminositat. En diverses ocasions es va observar que en molt poc temps (entre 1 i 3 hores) Halley augmentava molt la seva lluminositat (entre 3 i 5 temps). Aquests canvis no es poden considerar, per exemple, com a conseqüència del gir. Ara es creu que el fenomen consisteix en la dispersió de la llum produïda per les pólvores de ratllat ocasionals.

Com a colofó a aquestes pàgines dedicades a Halley, esmentarem les valoracions dels programes que els científics han realitzat per al seu estudi. Uns pocs han fet crítiques molt dures que aquestes missions no hagin mostrat notícies que no coneixíem. Això no és, tanmateix, una opinió majoritària. En general els resultats es consideren importants, si bé tenint en compte els programes que s'han organitzat, cal reconèixer que no han estat molt rics. D'altra banda, es destaquen dues fites. La primera, el bon comportament dels vaixells espacials, sobretot tenint en compte les seves dures condicions de treball. La segona és la col·laboració internacional aconseguida. Les labors de coordinació entre programes s'han dut a terme molt bé, el que obre noves vies de futur.