Kometa Halleya - konspekt wykładu

Autorem poniższego opracowania jest dr Piotr A. Dybczyński z Instytutu Obserwatorium Astronomiczne UAM w Poznaniu.

Kometa Halley'a - konspekt wykładu

Część I - pojawienia z lat 1682, 1758, 1835, 1910

Sir Edmond Halley (1656-1742)

W roku 1682 Edmond Halley po licznych podróżach osiada na stałe w Anglii. Wtedy też zaprzyjaźnia się z Izaakiem Newtonem. W tym samym roku obserwuje jasną kometę z długim warkoczem. We wrześniu 1695 roku Halley w liście do Newtona sugeruje możliwość wcześniejszego (w latach 1531 i 1607 ) zaobserwowania komety z roku 1682 i prosi o przesłanie dodatkowych obserwacji. W liście z października 1695 dziękuje za obserwacje i prosi Newtona o rozważenie na ile silny może być wpływ Jowisza i Saturna na ruch komety bliskoparabolicznej.

Jeden z późniejszych (z roku 1724) listów Newtona do Halley'a

W czerwcu 1696 Halley przedstawia swoje domysły na temat podobieństwa orbit komet z 1607 i 1682 roku na posiedzeniu Towarzystwa Królewskiego w Londynie (Royal Society of London).

W latach 1696 - 1703 Halley prowadzi na polecenie swoich zwierzchników prace badawcze podczas rejsów statkiem po Atlantyku. Z listu Flamsteed'a do innego astronoma dowiadujemy się, że już w połowie roku 1702 Halley ma gotowy swój pierwszy traktat o kometach ale nie ma czasu przygotować go do druku.

The ROYAL OBSERVATORY GREENWICH w czasach Flamsteeda i Halleya.

Halley publikuje swój traktat o kometach ( Synopsis Astronomiae Cometicae - Przegląd Astronomii Kometarnej) w roku 1705 w Londynie. W pracy zamieszcza wyliczone przez siebie, precyzyjne orbity 24 komet.

W rachunkach zakładał z konieczności paraboliczny tor komety, ale był przekonany, że w wielu przypadkach jest on w rzeczywistości bardzo wydłużoną elipsą.

Tabela zawierająca elementy orbit 24 komet była w istocie pierwszym katalogiem orbit kometarnych. Halley pisze w pracy z 1705 roku: ".... I dare venture to foretell, That it will return again in the Year 1758..." Tabela z pracy Halley'a - 1705

Halley w pracy z 1705 roku pisze: „... istnieje dużo danych, które skłaniają mnie do przekonania, że kometa obserwowana przez Appiana w 1531 r. była ta samą kometą, której bardziej dokładny opis podali Kepler i Longomontanus w 1607 r. i której powrót ja sam oglądałem i zaobserwowałem w 1682 r. Wszystkie elementy są ze sobą prawie zgodne (...) Jedynie nierówność okresów, z których pierwszy trwa 76 lat i dwa miesiące a drugi 74 lata i 10,5 miesiąca jak gdyby przeczy przypuszczeniu tożsamości. Różnica ta nie jest jednak na tyle wielka, aby nie można jej było przypisać jakimś przyczynom fizycznym...”

W pracy z 1719 roku Halley rozszerza swoją metodę liczenia orbit na tory eliptyczne, wyliczane teraz przy założeniu znajomości okresu obiegu (czyli, de facto, wielkiej półosi). W dalszych pracach Halley poprawiał przewidywaną datę następnego przejścia. W swoich Tablicach Astronomicznych, wydanych w latach 1749 i 1752 przewiduje powrót komety na koniec 1758 lub początek 1759 roku.

Oryginał francuskiego wydania Tablic
Astronomicznych Halleya z roku 1759
(plik PDF z Google Books, patrz str. 270 i nast.)

W miarę jak rosła wiedza Halleya o naturze komet i ich ruchach, malała jego pewność przepowiedni powrotu komety z 1682 roku. Wynikało to z rosnącej niepewności daty przejścia przez peryhelium w związku z perturbacjami od Jowisza i Saturna, rozważanymi przez Halley'a.

Edmund Halley zmarł 14 stycznia 1742 roku, w wieku 85 lat, nie doczekawszy się przewidziane-go przez siebie powtórnego pojawienia komety. A byłby to prezent na jego 102 urodziny.

De Cheseaux (w 1744) i Stevenson (w 1758) wysunęli hipotezę, że podobieństwo elementów orbit nie dowodzi kolejnych powrotów komety bo mogą to być np. dwie różne komety na takiej samej orbicie.

W 1746 Euler opublikował prognozę powrotu komety Halleya, przewidując jej przejście przez peryhelium na 1757 rok z powodu zmniejszenia się okresu na skutek oporu ośrodka międzyplanetarnego, "eteru".

W czerwcu 1757 roku do obliczenia efemerydy komety Halley'a przystąpił Clairaut, stosując zmodyfikowaną, analityczną metodę rozwiązywania zagadnienia trzech ciał, opublikowaną niewiele wcześniej przez D'Alemberta. Clairaut wziął do pomocy młodszego kolegę: Lalande'a i matematyczkę, madame Lepaute, żonę królewskiego zegarmistrza. Rozpoczął się wyścig z czasem: kometa mogła być dostrzeżona lada dzień.

Początkowo zakładano policzenie toru ruchu komety od 1607 do 1759 z uwzględnieniem jedynie wpływu Jowisza. Perturbacje od Jowisza okazały się na tyle duże, że Clairaut zdecydował się uwzględnić również perturbacje od Saturna! We trójkę wykonywali obliczenia od świtu do zmroku, często bez posiłków dla zaoszczędzenia każdej chwili. Trwało to sześć miesięcy. W pierwszym etapie oszacowano, że wydłużenie okresu obiegu komety wyniesie 518 dni z powodu oddziaływania Jowisza i dalsze 100 dni z powodu Saturna. Przewidywano więc przejście przez peryhelium na połowę kwietnia 1759 z dokładnością około miesiąca.

Wyniki zaprezentowano Akademii Nauk w Paryżu 14 listopada 1758 roku.

W niecałe sześć tygodni później kometa została odkryta !

Dalsze prace Clairaut'a nad orbitą komety poprawiły pierwszy wynik i określały moment przejścia peryhelium na 31 marca. W rzeczywistości kometa przeszła przez peryhelium 12 marca 1759 roku, a współczesne rachunki pokazały, że na ten 19 dniowy błąd składało się: 6 dni z powodu pominięcia Urana i Neptuna ( Urana odkryto w 1781 roku a Neptuna w 1846 ), 6 dni z powodu pominięcia wpływu Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa oraz dodatkowe 4 dni z powodu niedokładności w użytych wartościach mas Jowisza i Saturna. Kometa Halley'a nad Tamizą pod Londynem, w 1759 roku, obraz pędzla Samuella Scotta.

Poszukiwania komety na niebie trwały już od ponad roku.

Wykonywał je między innymi Messier na zlecenie de l'Isle'a (Delisle'a - Astronoma Marynarki Wojennej Francji) w Paryżu wg jego własnych przewidywań, opartych jeszcze na wcześniejszych rachunkach orbitalnych. Mapa de l'Isle'a z 1759 roku z przewidywanym i zaobserwowanym torem komety.

W listopadzie i grudniu niebo nad Paryżem było często zachmurzone i Messier dostrzegł kometę Halleya dopiero 21 stycznia 1759. Obserwował ją potem niemal codziennie do połowy lutego, kiedy to kometa stała się niewidoczna z powodu zbyt jasnego tła wieczornego nieba.

http://www.seds.org/messier/xtra/history/halley1759.html

Zwierzchnik Messiera zwlekał jednak z ogłoszeniem odkrycia przez dwa miesiące. De l'Isle ogłosił to odkrycie dopiero po powtórnej obserwacji komety na porannym niebie 1 kwietnia 1759 roku.

Pierwsza obserwacja komety Halleya w 1759 roku była jednak nie dziełem Messiera, ale niemieckiego amatora, Palitzscha. Zaobserwował on kometę 25 grudnia 1758 roku przez niewielki teleskop (pierwsze teleskopowe odkrycie komety). Palitzch poinformował o swojej obserwacji astronoma Hoffmana, który opublikował tę wiadomość w Drezdeńskiej gazecie w styczniu 1759.

Profesor matematyki z Lipska, Heinsius obliczył poprawioną efemerydę komety i szczegółowy jej tor na niebie do maja 1759 roku i opublikował anonimowo 24 stycznia 1759. Wieści o tym dotarły do Paryża dokładnie w momencie ogłoszenia odkrycia komety przez Messier'a czyli 1 kwietnia! Kometę obserwowano od 25 grudnia 1758 do 14 lutego 1759 i od 1 kwietnia do czerwca 1759.

Rok 1835.

Na powrót komety Halleya w 1835 roku zaczęto przygotowywać się dość wcześnie. W 1817 roku Akademia Nauk w Turynie zaproponowała nagrodę za najlepszą pracę na temat ruchu tej komety. Do współzawodnictwa stanęli dwaj Francuzi: Damoiseau i Pontecoulant. Pierwszy ogłosił wynik Damoiseau w 1820 przewidując przejście komety przez peryhelium na 17 listopada 1835. Pontecoulant, uwzględniający jak poprzednik wpływ Jowisza, Saturna i Urana, podał inną datę: 13 listopada.

W 1829 roku Damoiseau dodał do rachunku wpływ Ziemi i skorygował wynik na 5 listopada. Nie było to zbyt fortunne gdyż prawdziwy moment przejścia miał miejsce 16,4 listopada, a więc bardzo blisko jego pierwotnego wyniku. Dogłębniejszą analizę ruchu komety wykonał nieco później asystent Bessela w Królewcu, Rosenberger, publikując najdokładniejszą efemerydę, opartą na ponownie zredukowanych obserwacjach z 1682 oraz dodatkowo 1759 roku. Uwzględnił w swoich rachunkach wpływ grawitacyjny wszystkich siedmiu znanych wówczas planet. Kometa została odkryta 18 minut kątowych od pozycji jaką wskazywała jego efemeryda. Przewidywała on przejście przez peryhelium na 12 listopada, czyli z błędem ok. 4 dni.

Kometę zaobserwował po raz pierwszy w tym pojawieniu 6 sierpnia 1835 roku ojciec Dumouchel w Rzymie a ostatnią obserwację wykonał Palm Heinrich Ludwig von Boguslawsky we Wrocławiu (wtedy Breslau) 19 maja 1836 roku. Kometa była widoczna gołym okiem już we wrześniu, pod koniec września pojawił się warkocz a w październiku drugi warkocz, zwrócony w stronę Słońca. Przerwa w obserwacjach spowodowana bliskością Słońca trwała od początku listopada do stycznia 1836.

Duże zbiory obserwacji komety Halleya z tego pojawienia są wynikiem pracy takich astronomów jak Friedrich Struve (Dorpat, dziś Tartu), Bessel (Królewiec), Johann Encke (Berlin) a na półkuli południowej Thomas Maclear (Przylądek Dobrej Nadziei) i John Herschel (Feldhausen). Struve wykonywał oprócz obserwacji pozycyjnych również pierwsze obserwacje astrofizyczne komety Halleya : wyznaczał jasność gwiazd widocznych poprzez głowę i warkocz komety dla wyznaczania absorbcji światła poprzez materię komety, szkicował też zmiany kształtu warkocza. Bessel wykorzystał te obserwacje do opracowania teorii wpływu ciśnienia promieniowania słonecznego na cząstki gazowe w głowie i warkoczu komety. Kometa Halleya - 1835

Szkice wewnętrznej komy wykonane przez Bessel'a

Kolejne pojawienie komety Halleya przypadło w latach 1909/1910. Przygotowywano się do niego bardzo starannie. Kometa przeszła przez peryhelium 20 kwietnia 1910, ok. 4:30 GMT.

Już Pontecoulant próbował wyliczyć jej orbitę i przewidzieć kolejne pojawienie. W jego książce wydanej w 1864 roku przewiduje przejście przez peryhelium na 24 maja.

W latach 1907 - 1908 dwaj Anglicy: matematyk Philip H. Cowell (1870-1949) i astronom Andrew C.D. Crommelin (1865-1939) opublikowali wyniki ogromnej pracy rachunkowej. Metodą wariacji elementów, a więc podobną do stosowanej przez Clairaut'a i jego współpracowników obliczyli efemerydę komety Halleya na jej pojawienie w 1910 roku.

Wygrali też ogłoszony wówczas konkurs na najdokładniejsze przewidzenie daty przejścia przez peryhelium. W pierwszej wersji przewidywali że nastąpi to 8 kwietnia, ok. 12:00 GMT.

W pracy opublikowanej w 1910 roku Cowell i Crommelin przedstawili nowe wyniki, tym razem oparte o bezpośrednie całkowanie numeryczne równań ruchu komety z uwzględnieniem perturbacji od wszystkich planet. Ten znacznie dokładniejszy, ale i znacznie bardziej pracochłonny rachunek, pozwolił na dokładniejsze przepowiedzenie momentu przejścia peryhelium: 17 kwietnia, ok. 2:40 GMT. Popełnili więc błąd tylko nieco ponad 3 dni. Należy podkreślić, że we wszystkich dotąd opisywanych rachunkach nie uwzględniano tzw. efektów niegrawitacyjnych oraz nie łączono jednym modelem więcej niż jednego pojawienia komety.

Rok 1910

Kometę jako pierwszy zaobserwował 11 września 1909 Max Wolf, pionier fotografii astronomicznej.

http://static.howstuffworks.com/gif/comet-halley-1910.jpg

http://www.noao.edu/image_gallery/html/im0471.html

Część II Przygotowania do roku 1986

Już z prac Bessla wynikało, że ruchu komety Halleya nie da się opisać wyłącznie w oparciu o analizę grawitacyjnego wpływu Słońca i planet. Michielsen w 1968 pokazał, że średnia poprawka dla momentu przejścia przez peryhelium wynosi ok. +4.4 dnia. W 1972 Kiang wyliczył, że wynosi ona +4.1 dnia. Tę systematyczną zmianę okresu orbitalnego próbowano tłumaczyć bądź istnieniem transplutonowej planety (Brady 1972) bądź też usuwano poprzez sztuczne (bo niezgodne z innymi obserwacjami) zmniejszanie masy Jowisza (Rasmusen 1967).

W swojej pracy z 1967 roku Brady i Carpenter przewidywali kolejne przejście komety Halleya przez peryhelium na 5,37 lutego 1986. Obliczenia te oparli o dopasowanie modelu ruchu do obserwacji z 1835 i 1910 roku. Cztery lata później poprawili predykcję, proponując datę: 9,39 lutego. Poprawienie uzyskali poprzez rozszerzenie modelu ruchu o uwzględnienie sił niegrawitacyjnych. Uzyskali to wprowadzając liniową zmianę masy komety w czasie.

W 1979 roku Rasmusen wyliczył moment przejścia na 5,46 lutego w oparciu o obserwacje z 1835 i 1910 oraz dodał poprawkę +3,96 dla uwzględnienia systematycznego wydłużenia okresu na przejście w 1986. Biorąc pod uwagę rzeczywisty moment przejścia przez peryhelium (9,46 lutego) oba przewidywania należy uznać za dokładne. Jednakże było już wtedy jasne, że zarówno dokładne dopasowanie modelu ruchu do obserwacji jak i wyliczanie ruchu komety Halleya w dłuższych interwałach czasu wymaga uwzględnienia sił niegrawitacyjnych w oparciu o fizycznie sensowny model a nie poprzez sztuczne zabiegi matematyczne.

Zaproponowany w 1950 roku przez Freda Whipple'a lodowy model budowy jądra komety był podstawą opracowania przez Marsdena modelu sił niegrawitacyjnych Brian Marsden, w 1973 roku opracował szczegółowy model matematyczny sił niegrawitacyjnych działających na kometę, w zależności od jej odległości od Słońca. Używając modelu Marsdena oraz obserwacji od 1607 do 1911 Donald Yeomans w roku 1977 wyliczył orbitę i efemerydę komety Halleya, przewidując jej przejście przez peryhelium na 9.66 lutego 1986 z błędem 0.25 dnia.

Część III Identyfikacja historycznych obserwacji komety Halleya.

Początkowo historyczne identyfikacje oparte były na poszukiwaniu obserwacji pasujących do 76 letniego okresu. W latach 1783-84 Pingre potwierdził przypuszczenie Halleya, że kometa z 1456 roku była "jego" kometą. W 1843 roku Biot zidentyfikował komety z lat: 1222, 1145, 1066, 989, 912, 837, 684, 451 i 12BC jako poprzednie pojawienia komety Halleya. W tym samym czasie Lugier zidentyfikował chińskie obserwacje komety w latach 451, 760 i jesienią 1378. Zauważył też wielkie podobieństwo orbity komety z 1301 do komety Halley'a. Analizując europejskie i chińskie obserwacje Hind podjął próbę identyfikacji wszystkich pojawień tej komety od roku 11 BC do 1301. Gobelin z Bayeux powrót komety Halley'a z 1066 roku

http://www.lesia.obspm.fr/perso/jacques-crovisier/promenade/pro_comete_dessin.html

19 prac na temat identyfikacji wcześniejszych pojawień komety Halleya opublikował w latach 1956-1962 polski astronom, Prof. Michał Kamieński (1879-1973). Stosował on tzw. „metodę cykliczną”, czyli opierał się na stałości średniego okresu orbitalnego komety Halleya, do którego dodawał okresowe poprawki dopasowujące wyniki do obserwacji. Metodami tymi próbował sięgać aż do 10 tysięcy lat p.n.e.

Babilońska tabliczka z obserwacją komety Halleya z 87 B.C.

Cowell i Crommelin jako pierwsi podjęli próbę wyliczenia wcześniejszych momentów przejścia przez peryhelium komety Haleya badając jej ruch. Dysponując jedynie arytmometrami mechanicznymi nie mogli podjąć się wyliczenia kilkuset czy kilku tysięcy lat ruchu komety z pełną dokładnością za pomocą całkowania numerycznego. Założyli więc stały mimośród i nachylenie oraz przyjęli, że długość peryhelium i węzła zmieniają się liniowo w czasie. Przyjęli też uproszczony model ruchu planet od Wenus do Neptuna. Przy tych założeniach wyliczyli oni tor ruchu komety do roku AD 451 wstecz. Przy dodatkowych uproszczeniach kontynuowali te obliczenia do roku 239 BC.

W 1971 roku Brady i Carpenter przecałkowali ruch tej komety wstecz do roku 240 BC, wiążąc jednym modelem ruchu obserwacje z lat 1682, 1759, 1835 i 1910. Podsumowanie materiału obserwacyjnego użytego w ich rachunku przedstawia się następująco:

W 1972 roku Tao Kiang opublikował bardzo obszerną analizę ruchu komety Halleya opartą o chińskie i europejskie obserwacje i przedstawił ewolucję orbity tej komety od 240 BC do 1682 uwzględniając oddziaływanie wszystkich 9 planet. W 1981 roku Yeomans i Kiang opublikowali wyniki swojej monumentalnej analizy ruchu komety Halleya w przeszłości. Po wyznaczeniu najdokładniejszej orbity z obserwacji z lat 1759, 1835 i 1910 przecałkowali ruch komety numerycznie wstecz do roku 1404 BC, uwzględniając bardzo dokładnie wyznaczone z obserwacji momenty przejść przez peryhelium w latach 837, 374 i 141.

http://www.maa.org/england/5_22_British_Library_and_British_Museum/image019.htm Obserwacja z 164 B.C.

Yeomans i Kiang uwzględniali perturbacje od wszystkich planet oraz efekty niegrawitacyjne. Podczas swego całkowania wstecz dokonali dwóch empirycznych poprawek: w 837 roku zmniejszyli moment przejścia przez peryhelium o 0,88 doby a w roku 800 zmniejszyli mimośród orbity komet o 0.0000072 by lepiej trafić w pojawienia komety w 374 i 141 roku. Kometa zbliżała się silnie do Ziemi w latach 837, 374 i 141 i wprowadzenie tych poprawek autorzy uznali za warunek sensowności dalszych rachunków wstecz. Z powodu zbliżenia do Ziemi w 1401 BC i braku jakichkolwiek danych obserwacyjnych z tego okresu uznali dalsze rachunki za bezsensowne.

Część IV Niecierpliwe oczekiwanie

Pierwsze zdjęcia obszaru nieba gdzie spodziewano się ponownie zobaczyć kometę Halleya wykonano już w roku 1977na pięciometrowej średnicy teleskopie na Mount Palomar. Komety jednak nie dostrzeżono. W roku 1980 wyposażono ten teleskop w prototypową kamerę CCD i próbowano zaobserwować kometę, ponownie bez skutku. Również niepowodzeniem zakończyły się obserwacje z roku 1981, co oznacza, że miała ona wtedy jasność mniejszą niż 25m . W kwietniu 1982 kometa zaczęła zbliżać się na niebie do Słońca i wymusiło to półroczną przerwę w obserwacjach.

W październiku roku 1982 obserwacje planowane były gdy przewidywana pozycja komety odsunie się od dość jasnej gwiazdy. Pierwsi spróbowali wykonać obserwację David Jewitt (wówczas doktorant na Caltech) i Edward Danielson na Mount Palomar, "pożyczając" kilka godzin na teleskopie od kolegów badających obiekty pozagalaktyczne. 16 października nad ranem zarejestrowali ślad obiektu o jasności ok. 24m2 i próbowali potwierdzić odkrycie 19 października, wtedy jednak kometa zniknęła w poświacie jasnej gwiazdy. Jewitt i Danielson zdecydowali się jednak ogłosić swoje odkrycie w telegramie IAU.

http://www.geocities.com/athens/olympus/6745/HCWNV2N1.htm David Jewitt i Edward Danielson Pierwsza obserwacja z roku 1982

M.Belton i H.Butcher na cztero metrowym teleskopie w Kitt Peak National Observatory zaobserwowali kometę 18 i 20 października. Wkrótce okazało się, że przy użyciu CCD kometę można obserwować również na mniejszych teleskopach. 10 grudnia 1982 wykonano jej obserwacje na teleskopie ESO o średnicy tylko 1,5 metra w La Silla w Chile. Odkrycia te były możliwe jedynie dzięki super precyzyjnej efemerydzie przygotowanej przez Yeomansa.

Część V Spotkanie

Już w roku 1979 rozpoczęto organizacje międzynarodowego przedsięwzięcia pod nazwą: International Halley Watch. Uczestniczyło w nim ponad 1000 zawodowych astronomów z 51 krajów i prawie 1200 amatorów (niektórzy z profesjonalnym wyposażeniem) z 54 krajów. Organizatorzy koordynowali obserwacje naziemne podczas całego okresu widoczności komety, rekomendowali ujednolicone standardy obserwacyjne, dostarczali efemeryd oraz wspierali szereg programów obserwacji komety Halleya spoza atmosfery.

Satelita programu Solar Maximum Mission obserwował kometę w świetle widzialnym. International Ultraviolet Explorer, Dynamic Explorer-1 oraz Astron obserwowały ją w ultrafiolecie. Obserwacje w ultrafiolecie prowadzone były też przy pomocy rakiet w górnych warstwach atmosfery oraz z pokładu sondy Pioneer Venus Orbiter okrążającej Wenus. W rezultacie tych działań kometę Halley'a obserwowano od ultrafioletu (120 nm) do fal radiowych (18 cm). Bardzo cenne były też jednoczesne obserwacje z Ziemi i z przestrzeni kosmicznej – dawało to unikalną możliwość kalibrowania różnych technik obserwacyjnych. Armada W ciągu zaledwie trzech tygodni Marca 1986 roku w pobliżu jądra komety Halleya przeleciała armada 6 sond kosmicznych w odległościach od 28 milionów kilometrów do mniej niż 600 km. Były to sondy japońskie Sakigake i Suisei, radzieckie VEGA-1 i VEGA-2, europejska sonda Giotto oraz International Comet Explorer. Ten ostatni wcześniej, 11 września 1985 roku przeszedł przez warkocz komety Gaicobini-Zinner w odległości ok. 8000 km od jej jądra. Zabrakło jednak wśród nich jak widać specjalizowanej sondy amerykańskiej gdyż Kongres USA odmówił sfinansowania takiego projektu. Powitalna armada

Zagadnienie spotkania wystrzelonej z Ziemi sondy z kometą Halleya było szczególnie trudne. Ze względu na wsteczny ruch komety prędkość spotkania na bezpośredniej orbicie byłaby rzędu 65-80 km/s. Stwarza to duże trudności w zebraniu wartościowego materiału obserwacyjnego oraz wielkie zagrożenie dla aparatury narażonej na kolizje z materią pyłową uwalnianą przez kometę.

http://jmm45.free.fr/sondes/isee3/isee3.htm

Jedna z sond, mianowicie ICE, powróci w okolice Księżyca w roku 2014. Jak obliczono, możliwe będzie, na drodze skomplikowanych manewrów grawitacyjnych złapanie sondy na orbitę okołoziemską i sprowadzenie jej na Ziemię przy pomocy promu kosmicznego. Jeśli takie przedsięwzięcie będzie miało miejsce i zakończy się sukcesem sonda trafi najprawdopodobniej do National Air and Space Museum w USA.

Głowa i warkocz komety Jednym z głównych pół zainteresowania w badaniach atmosfer kometarnych jest badanie znajdujących się tam cząstek naładowanych czyli plazmy. Około połowa z zainstalowanych na pokładach sond instrumentów miała za zadanie pomiary różnych parametrów plazmowego otoczenia jądra komety. Dwa najważniejsze z nich to magnetometr do pomiaru natężenia i kierunku pola magnetycznego i jonowy spektrometr masowy.

Już w odległości 8 mln km od jądra komety detektory plazmowe sond Giotto i VEGA zaczęły wykrywać jony różne od tych zawartych w wietrze słonecznym. Bliżej jądra, w odległości ok. 1.1 mln km sondy zarejestrowały coś na kształt fali uderzeniowej (ang. Bow Shock), związanej z gwałtowną interakcją wiatru słonecznego z plazmą komety. Jeszcze bliżej zarejestrowano istnienie tzw. jonopauzy, inaczej powierzchni kontaktowej (ang. Contact Surface), poza którą cząstki wiatru słonecznego już się nie przedostają. Pole magnetyczne rośnie aż do jonopauzy, gdzie spada nieomal do zera.

W latach 1985 i 1986 zaobserwowano szereg zmian w strukturze plazmowego warkocza komety, włącznie ze spektakularnymi zjawiskami "oderwania" się warkocza i powstawania nowego na jego miejsce. Zjawiska te związane są ze zmiennym oddziaływaniem na plazmę komety pola magnetycznego "wmrożonego" w strumień cząstek wiatru słonecznego.

http://pds.jpl.nasa.gov/planets/captions/smallbod/haldet.htm

Pył uwalniany z jądra komety składa się zarówno z lżejszych substancji, zawierających węgiel, wodór, tlen i azot oraz z cięższych, kamiennych ziaren zawierających magnez, krzem, żelazo i tlen. Wyróżniono dwie grupy ziaren: krzemiany - bogate w krzem, magnez i żelazo oraz grupę CHON bogate w pierwiastki, których symbole chemiczne tworzą jej nazwę. Niektóre ziarna krzemianowe miały skorupę z substancji z grupy CHON.

Radarowe obserwacje okolic jądra pozwoliły na odkrycie cząstek o rozmiarach rzędu centymetrów. Prawdopodobnie uderzenie takiej właśnie cząstki poważnie utrudniło komunikację z sondą Giotto, wprawiając ją w ruch "koziołkujący". Również obie sondy VEGA doznały poważnych uszkodzeń w trakcie przelotu przy jądrze komety.

Z gazów największy zasięg miała chmura neutralnego wodoru, rozciągająca się na ponad 10 mln km. Obserwowana była głównie w ultrafiolecie a celem było oszacowanie całkowitej ilości uwalnianej wody i jej zmian w czasie. Z obserwacji tych wynika, że w okolicach perihelium, w okresie maksymalnej aktywności jądra produkcja wody osiągnęła 1 - 1.7 x 10³⁰ molekuł wody, czyli 33 do 56 ton wody na sekundę! Para wodna stanowiła około 80% gazowej otoczki jądra. Tempo uwalniania cząstek z jądra komety w okresie przelotu sond

Zaskoczeniem było odkrycie spolimeryzowanego formaldehydu, nazwanego polioxymetylenem (POM). Wykryto też inne duże cząstki o masach atomowych równych 45, 61, 75, 91 a nawet 105. Były to pierwsze obserwacje polimerów w przestrzeni kosmicznej.

Całkowita produkcja gazów z jądra komety Halleya wyniosła około 1.3 x 10³⁰ molekuł na sekundę. W czasie trzech miesięcy przechodzenia przy Słońcu kometa Halleya straciła w formie gazu i pyłu około 1.5 - 2.0 x 10¹⁴ gramów ze swej masy. Zakładając z grubsza, że masa jądra wynosi około 6 x 10¹⁷ gramów, masy tej wystarczy na 3000 obiegów lub inaczej na 225 tysięcy lat.

Jądro komety Halleya

Jednym z podstawowych celów misji Giotto i VEGA było bezpośrednie sfotografowanie jądra tej komety. Do momentu zbliżenia się sond, rozmiary jądra szacowano na podstawie albeda i jasności, otrzymując w roku 1985 promień jądra równy 6 - 10 km.

Sondy VEGA dostarczyły pierwszych telewizyjnych obrazów jądra.

Najlepsze obrazy jądra dostarczyła sonda Giotto, fotografując je z odległości 14430 km i 2730 km. Rozdzielczość tych obrazów wynosi od 400 do 100 metrów. Przebieg terminatora wskazuje na bardzo nieregularny kształt jądra. Wyraźnie widoczne są strumienie wyrzucanego z obszarów aktywnych gazu i pyłu.

http://ase.tufts.edu/cosmos/view_picture.asp?id=736

Sekanina i Larson wykonali analizę fotografii komety Halleya z roku 1910 i otrzymali szacunkowy okres rotacji jądra, równy 2.2 doby. Potwierdziły to obserwacje z roku 1985 i 1986. Niektóre obserwacje fotometryczne sugerowały istnienie drugiego okresu, równego 7.4 doby a dalsze badania potwierdziły istnienie tego drugiego okresu również w obserwacjach z roku 1910. Zaproponowano model rotacji, w którym jądro obraca się wokół najdłuższej osi z okresem 7.4 dnia a sama oś wykonuje ruch precesyjny. Niestety dane z sond kosmicznych, uzyskane w trakcie bardzo krótkich przelotów koło jądra nie pozwalają na jednoznaczne zweryfikowanie danych co do jego rotacji.

Zestawienie chronologiczne dla ostatniego pojawienia

Data	Odl. od Słońca	Odl. od Ziemi	Wydarzenie
16.10.1982	11.1	10.9	Pierwsza obserwacja na Mount Palomar
10.10.1983	8.8	8.7	Zarejestrowanie pierwszego widma
25.09.1984	6.1	6.2	Zaczyna być widoczna koma
12.07.1985	3.3	4.2	Pierwsze zdjęcia warkocza jonowego
8.10.1985	1.8	0.9	Pierwsze obserwacje gołym okiem
27.11.1985	1.5	0.6	Pierwsze zbliżenie do Ziemi
9.02.1986	0.6	1.6	Przejście przez perihelium
6.03.1986	0.8	1.2	Przelot sondy VEGA-1 w odległości 8890 od jądra
8.03.1986	0.8	1.1	Przelot sody Suisei w odl. 151000 km
9.03.1986	0.8	1.1	Przelot sondy VEGA-2 w odl. 8030 km
11.03.1986	0.8	1.0	Przelot sondy Sakigake w odl. 7 mln km
14.03.1986	0.9	1.0	Przelot sondy Giotto w odl. 596 km
25.03.1986	1.1	0.7	Przelot sondy ICE w odl. 28 mln km
11.04.1986	1.3	0.4	Największe zbliżenie do Ziemi
1.04.1987	5.4	4.6	Ostatnia obserwacja słabego warkocza na CCD
maj 1988	8.6	8.6	Obłoki pyłu otaczają jądro o jasności 23m
1-9.01.1989	10.1	9.5	Asymetryczna koma o średnicy 80", jądro o jasności 23.5m
luty 1990	12.5	11.6	Jądro ma jasność 24.4m, brak widocznej komy
11.01.1994	18.82		obserwacja z ESO, 26.5 magnitudo
5-6.03.2003	28.06	27.26	ESO VLT at Paranal, 28,2 magnitudo,9 godzin ekspozycji

http://www.eso.org/gallery/v/ESOPIA/SolarSystem/phot-27a-03-fullres.jpg.html

W składzie chemicznym komety Halleya można szukać informacji, wskazujących na miejsce narodzin tego ciała. Zgodnie z wynikami badań A. Delsemme, wzajemne stosunki ilościowe poszczególnych pierwiastków są tu bardzo podobne do występujących w Układzie Słonecznym z jednym wyjątkiem: w komecie Halleya jest zdecydowanie zbyt dużo wodoru. Susan Wyckoff stwierdziła, że stosunek węgla C12 do izotopu C13 wynosi w komecie 65 podczas gdy w układzie planetarnym wynosi on ok. 90. Sugeruje to, że kometa mogła powstać dalej od Słońca, w odległości ponad 100 AU.

Do zobaczenia w 2061 roku

Literatura:

H.Hurnik, Kometa Halleya, 1985, PWN.
K.Ziołkowski, Bliżej komety Halleya, 1985, Wyd. Alfa.
K.Schilling, Kosmiczny gość - kometa Halleya, 1985, Książka i Wiedza.
A. Marks, Pod znakiem komety, 1985, Wyd. Śląsk.
S.J. Edberg, Jak obserwować komety, 1983, Wyd. Alfa.
S.Brzostkiewicz, Komety, ciała tajemnicze, 1985, Nasza Księgarnia.
M.Grewing, F.Praderie, R.Reinhard (edytorzy), 1988, Exploration of Halley's Comet, Springer-Verlag.
Bailey, Clube, Napier, "The Origin of Comets", 1990, Pergamon Press,
Michel C. Festou, H. Uwe Keller, and Harold A. Weaver (edytorzy) , COMETS II, 2005, The University of Arizona Press.
Yeomans, "Komety", 1999, Prószyński i ska.,

Edytuj