Autorami poniższego opracowania (wraz z rysunkami) są prof. Małgorzata Królikowska z Pracowni Dynamiki Układu Słonecznego i Planetologii, Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie oraz dr Piotr A. Dybczyński z Instytutu Obserwatorium Astronomiczne UAM w Poznaniu.
Przewidywane pozycje komety C/2011 L4 PanSTARRS,
dla obserwatora z Polski o godzinie 18:00, 10-20 marca.
13 marca kometa będzie poniżej Księżyca w nowiu.
(Stellarium+GIMP+Open Office)
Aktualizacja z 19 marca:
Wreszcie w ostatni weekend (16-17 marca) było wieczorami czyste niebo w Warszawie. Kometa była nieźle widoczna pomiędzy godzinę 18 a 19, ale przez dobrą lornetkę (16X80).
Aktualizacja z 2 marca:
Od kilku dni kometa jest widoczna gołym okiem dla obserwatorów z półkuli południowej. Za kilka dni i my zaczniemy jej wypatrywać, a będzie wtedy jeszcze jaśniejsza.
Będzie ciekawie!
Rok 2013 można nazwać rokiem komet i tak zaczyna się o nim mówić. Czekają nas dwa, przypuszczalnie widoczne gołym okiem spektakle na niebie związane z tymi, z lekka kapryśnymi, obiektami. Kapryśnymi, gdyż ...z kometami, tak jak z pszczołami, nigdy nic nie wiadomo... Często już zdarzało się, że astronomowie ogłaszali, że niedawno odkryta kometa długookresowa stanie się bardzo jasna. A bardzo jasna, w kontekście komet, oznacza najczęściej — widoczna przez lornetkę, a nawet gołym okiem. Może się tak jednak nie stać. Kometa może okazać się znacznie mniej jasna niż wynika z wcześniejszych ocen, gdyż są one zwykle oparte są na przybliżeniu, które w skrócie można opisać tak: 'jeśli kometa będzie jaśniała tak jak dotąd to jej jasność w peryhelium wyniesie tyle a tyle'. Często okazuje się, że rzeczywistość robi nam niespodziankę i kometa jest słabsza, albo... jaśniejsza! Zajmujący się kometami, astronomowie i miłośnicy, mają bardzo osobisty stosunek do każdego z badanych obiektów. Wyrazem tego może być zwyczaj, że kometa uzyskuje nazwisko swego odkrywcy, czasem nosi podwójne, czy wielokrotne gdy została odkryta niezależnie przez kilku badaczy nieba. Tak, tak, badaczy nieba. To wyjątkowa rzecz w astronomii, że komety odkrywają często miłośnicy nocnych obserwacji, amatorzy, którzy na niebie znają się wyśmienicie, choć nie zajmują się astronomią zawodowo. Dziś bardzo dobry sprzęt astronomiczny do prowadzenia obserwacji nieba jest łatwo dostępny również w Polsce, barierą mogą być 'jedynie' finanse. Ale kometę można nawet odkryć za pomocą całkiem taniego, czy wręcz wypożyczonego sprzętu. Wystarczy mieć zwyczaj częstego patrzenia w niebo, wiele samozaparcia no i oczywiście wiele szczęścia...
Te dwie jasne, tegoroczne komety to C/2011 L4 PanSTARRS oraz C/2012 S1 ISON. Pierwsza przejdzie najbliżej Słońca już w połowie marca, druga — pod koniec tego roku (niedługo również tekst o niej ukaże się na naszej stronie). Ich nazwy, PanSTARRS i ISON, nie są tym razem jednak nazwiskami odkrywców, choć napisaliśmy, że często tak bywa. Współcześnie bowiem wiele obiektów astronomicznych odkrywają tak naprawdę roboty, zautomatyzowane teleskopy patrolujące niebo. Oczywiście ostatecznej interpretacji dokonują ludzie ale często przyznają "główne zasługi" swoim automatom, nadając nazwy odkrytym obiektom od nazwy zautomatyzowanego teleskopu. Tak właśnie było w przypadku tych dwóch komet. Pierwszą odkrył wielki, automatyczny teleskop Pan-STARRS na Hawajach, a drugą odkrył teleskop w Kisłowodsku, należący do rosyjskiej sieci ISON.
Oceny jasności komety mogą być mylące. Na nocnym niebie, z dala od świateł, można zobaczyć bez trudu gwiazdę czwartej wielkości gwiazdowej, trochę trudniej - piątej wielkości, niektórzy potrafią i szóstej gdy są w górach na przykład... Ale zobaczenie komety czwartej wielkości gwiazdowej, nawet w sprzyjających warunkach (ciemne niebo), nie jest już tak łatwe jak ujrzenie gwiazdy czwartej wielkości. A to dlatego, że kometa zwykle jest rozmytą plamką na niebie a nie 'punktem'.
Przewidywane pozycje komety C/2011 L4 PanSTARRS,
na tle gwiazdozbiorów 10-20 marca.
(Stellarium+GIMP+Open Office)
My osobiście pamiętamy rok 1996 i następny, które dały nam także dwie spektakularne komety na niebie: kometę Hale-Bopp (C/1995 O1) i Hyakutake (C/1996 B2). Pierwsza była tak jasna, że można było ją oglądać nawet na warszawskim Bemowie czy z Planetarium Olsztyńskiego, które przecież jest w środku miasta. To naprawdę było coś kapitalnego zobaczyć nad Olsztynem z wieży Planetarium kometę i to z takim warkoczem! Było to nawet możliwe z okien samochodu jadącego po oświetlonej ulicy.
Czy w tym roku czeka nas równie pasjonujące przeżycie? Zobaczymy. Pierwsza okazja już niedługo — w połowie marca.
Co prawda pierwsze przewidywania, mówiące że kometa PanSTARRS będzie jaśniejsza od najjaśniejszych gwiazd na niebie raczej się niestety nie sprawdzą ale nadal spodziewamy się, że będzie kometą jasną, może nawet o jasności porównywalnej z gwiazdami z "dyszla" Wielkiego Wozu czy też czterema gwiazdami "kwadratu Pegaza", widocznymi na ilustracji obok. Tak jak pisaliśmy, kometa jest na niebie rozmytą plamką, dostrzec ją zatem trudniej niż gwiazdę o podobnej jasności. Dodatkowo, ponieważ kometa w okresie swego największego blasku widoczna będzie na niebie zawsze blisko Słońca, obserwacje utrudniać będzie słoneczna poświata. C/2011 L4 PanSTARRS będzie widoczna na pewno już przez niewielką lornetkę czy lunetę, a w sprzyjających okolicznościach (poza miastem!) być może również gołym okiem.
Przypominamy o ostrożności! Przez lornetkę czy teleskop nie wolno spojrzeć na Słońce, a ponieważ kometa będzie blisko Słońca dla bezpieczeństwa obserwacje lornetką zaczynamy dopiero po jego zajściu pod horyzont.
Orbita oskulacyjna C/2011 L4 PanSTARRS
Po pierwsze co to takiego orbita oskulacyjna? Otóż kometa (również planetoida) w czasie swej wędrówki po orbicie wokół Słońca stale czuje także grawitacyjne przyciąganie od wszystkich innych obiektów Układu Słonecznego. Oczywiście istotny wpływ na jej trajektorię mają zwykle tylko masywne obiekty, choć nie można wykluczyć, że kometa zderzy się na przykład z nieznaną planetoidą, ale jest to prawdopodobieństwo niezwykle małe. Z doświadczenia wiemy jednak, że zauważalny wpływ na orbitę komet wywierają planety (i czasem najmasywniejsze z planetoid Pasa Głównego takie jak Ceres czy Westa) i ten wpływ jest rutynowo uwzględniany w trakcie wyznaczania orbity z obserwacji. Dlatego zawsze gdy podawana jest chwilowa orbita komety jednocześnie podawana jest epoka (konkretna data) tej orbity. Oznacza to, że w tej epoce, np. jak mamy poniżej: 20 marca 2012 (to mniej więcej środek między pierwszą a ostatnią uwzględnioną obserwacją), kometa PanSTARRS miała właśnie taką orbitę jak tam podana. Zgodnie z tym co napisaliśmy wcześniej jest to jednak jej orbita chwilowa. Następnego dnia orbita będzie jednak troszkę inna, cały czas bowiem każda z planet "pociąga" ją w swoją stronę, a co więcej, odległości komety od Jowisza czy Saturna się troszkę zmienią, czyli oddziaływanie grawitacyjne od nich też ulegnie zmianie. Takie zmiany trajektorii komety poruszającej się wokół Słońca pod wpływem niewielkich (w porównaniu do oddziaływania grawitacyjnego Słońca) oddziaływań grawitacyjnych Jowisza, Saturna czy innych masywnych obiektów znajdujących się w naszym Układzie Słonecznym nazywamy perturbacjami. Na przykład nasza Ziemia, w porównaniu z Jowiszem mała planeta, potrafi znacząco zmieniać trajektorie tzw. Obiektów Bliskich Ziemi (ang. NEOs, Near Earth Objects) gdy te przelatują stosunkowo blisko niej.
Jeszcze jednak nie wyjaśniliśmy skąd wziął się sam, brzmiący dziwacznie termin: oskulacyjna. Otóż z rozważań powyższych wynika, że orbita oskulacyjna, matematycznie ujmując, jest to teoretyczna orbita keplerowska, która jest styczna do rzeczywistej trajektorii ciała w danym momencie (podanej właśnie — epoce), przy czym prędkość na orbicie oskulacyjnej jest równa prędkości ciała w punkcie styczności. I właśnie o tę styczność w tajemniczym terminie chodzi, gdyż słówko ma pochodzenie łacińskie i oznacza ... całowanie. Zatem termin okazuje się lekki i zabawny przy tym bardzo trafny, gdyż orbita oskulacyjna całuje trajektorię w punkcie styczności w konkretnym, podanym momencie (epoce).Z tej "bliskości" wynika też ważna interpretacja orbity oskulacyjnej: gdyby nagle "wyłączyć" wszystkie perturbacje (np. przyciąganie planet) poza oczywiście grawitacyjnym przyciąganiem Słońca, kometa poruszała by się dalej właśnie po tej orbicie, nie ulegającej już żadnym zmianom.
Poniżej przedstawiamy rozkład w czasie wszystkich obserwacji pozycyjnych dla tej komety wykonanych na całym świecie do 23 stycznia 2013. Obserwacje pozycyjne dostępne są dla wszystkich, można je pobrać ze strony będącej pod patronatem Unii Astronomicznej (to ważne: należy zawsze korzystać z zaufanych źródeł): http://www.minorplanetcenter.net/db_search/. Wystarczy znać profesjonalną nazwę komety — dla PanSTARRS jest to: C/2011 L4. Te właśnie ściągnięte ze strony IAU Minor Planet Center obserwacje posłużyły nam do wyznaczenia orbity oskulacyjnej tej komety.
Rozkład pozycyjnych obserwacji w czasie dla komety C/2011 L4 PanSTARRS. Pokazane są wszystkie obserwacje zrobione w okresie od odkrycia, czyli od 21 maja 2011 roku do 23 stycznia 2013 roku. Czerwone punkty odpowiadają odległościom od Słońca, zielone — odległościom od Ziemi. W kolorze magenta pokazano moment przejścia przez peryhelium, czyli moment gdy kometa znajdzie się najbliżej Słońca.
Elementy orbity wyznaczone z pokazanych tutaj obserwacji podane są poniżej
Przedział obserwacji: 21 maja 2011 — 23 stycznia 2013
Liczba obserwacji: 1371 (pojedyncza obserwacja to pozycja komety w dwóch współrzędnych: rektascensji i deklinacji)
RMS, czyli średni błąd kwadratowy: 0.30 sekundy katowej (przy wyznaczaniu orbity wykorzystaliśmy 2689 współrzędnych w rektascensji albo deklinacji, co oznacza, że 2% punktów pomiarowych odrzuciliśmy)
Heliocentryczna orbita oskulacyjna
czyli orbita we współrzędnych mających swój środek w środku Słońca (Słońce oczywiście w naszych rachunkach jest traktowane jako obiekt punktowy o masie Słońca);
w górnym wierszu wyznaczone wartości elementów, w dolnym błędy ich wyznaczenia.
Epoka T q e ω Ω i
2012 03 20 20130310.15150 0.3016116 1.0000878 333.64224 65.665428 84.19900
± 0.00007 0.0000004 0.0000002 0.00003 0.000003 0.00003
gdzie
- T - data przejścia przez peryhelium, tu w formacie RRRRMMDD.ułamek dnia
- q - odległość peryhelium, czyli najmniejsza odległość komety od Słońca, tu wyrażona w tzw. jednostkach astronomicznych (j.a.), równych średniej odległości Ziemi od Słońca (ok. 150 mln km).
- e - mimośród orbity, czyli miara jej wydłużenia (jedynka oznacza wydłużenie "do nieskończoności", czyli orbitę paraboliczną, więcej niż jeden to hiperbola).
- ω, Ω, i - elementy kątowe orbity (tu podane w stopniach) określające jej orientację w przestrzeni, wyjaśnione na rysunku.
Barycentryczna orbita, jaką miała kometa zanim weszła do wnętrza Układu Planetarnego
My wyznaczyliśmy tę orbitę w momencie gdy kometa znajdowała się 250 j.a. od Słońca (było to.... prawie 300 lat temu, co widać po podanej Epoce)
Epoka T q e ω Ω i
1715 11 13 20130310.24232 0.30142044 0.99999068 333.642244 65.646507 84.085913
± 0.00007 0.00000043 0.00000018 0.000042 0.000004 0.000033
Jak widać tu podajemy orbitę w układzie barycentrycznym, czyli mającym swój środek w środku masy całego Układu Słonecznego. Ponieważ w naszych rachunkach uwzględniamy wspomniane perturbacje od innych planet to jest to właściwy układ współrzędnych do określenia kształtu chwilowej orbity komety (gdy wiele ciał porusza się pod wpływem wzajemnego przyciągania - tu kometa, Słońce, planety - jedynym "stałym" punktem jest środek masy tych ciał). Widać z podanych elementów, że kometa ta ma orbitę eliptyczną ale bardzo wydłużoną, o mimośrodzie bardzo bliskim jedynki (mimośród równy dokładnie jedynce daje orbitę paraboliczną) ale troszkę od niej mniejszym. Z prostego wzoru: q = a (1-e) możemy wyznaczyć a czyli półoś wielką orbity (połowę długości orbity) jaką miała ta kometa przed wejściem do wnętrza Układu Planetarnego, oznaczmy ją aori . Po podstawieniu liczb wychodzi nam, że aori było równe około 32 000 j.a. Czyli kometa przybyła do nas z bardzo daleka, gdyż punkt jej orbity najdalej znajdujący się Słońca (nazywany aphelium) jest oddalony od nas aż około 64 000 j.a. (9.6 biliona km).
Elementy kątowe (orientacja) orbity,
(na podstawie: Wikimedia by: Lasunncty).
My cofnęliśmy się w czasie jeszcze dalej z naszymi rachunkami. Uwzględniając dodatkowo oddziaływanie grawitacyjne od naszej Galaktyki, w której jesteśmy 'zanurzeni' wraz z całym Układem Słonecznym oraz oddziaływania grawitacyjne znanych gwiazd, znajdujących się w naszej okolicy w okresie ostatnich milionów lat, obliczyliśmy jak daleko kometa ta przeszła od Słońca podczas swojej poprzedniej wizyty we wnętrzu Układu Słonecznego, która odbyła się miliony lat temu (konkretnie: około 5.7 milionów lat temu). Okazało się, że podczas poprzedniej wizyty kometa minęła Słońce w odległości około 21 j.a. od Słońca, czyli była dalej od Słońca niż Uran. O takiej komecie można powiedzieć, że jest kometą dynamicznie nową, gdyż podczas poprzedniego przejścia przez peryhelium nie doznała znaczących perturbacji planetarnych. To oznacza, że podana wartość półosi wielkiej aori nie uległa znaczącej zmianie ani w poprzednim peryhelium ani pewnie wcześniej.
Wydaje się zatem, że PanSTARRS po raz pierwszy zawitała do wnętrza Układu Słonecznego. Astronomowie sądzą, że obrzeża Układu Słonecznego otacza ogromny obłok obiektów, które przypominają świeżo przybyłą kometę PanSTARRS. Ten obłok nazywają Obłokiem Oorta. Jeśli zatem jest kometą dynamicznie nową, to zawiera prawie nieprzetworzoną materię, z której 4,5 miliarda lat temu formowały się wszystkie dziś znane obiekty naszego lokalnego otoczenia, planety, w tym nasza Ziemia, planetoidy i ...komety. Nic dziwnego, że obserwowanie komet — świeżych przybyszów z obrzeży Układu Słonecznego — zarówno fotometrycznie (mierzymy zmiany ich jasności) jak i spektroskopowo (czyli badamy ich widmo - skład odbitego światła słonecznego) jest dla nas bardzo interesujące.
Podobnie można wyznaczyć barycentryczną orbitę, jaką będzie miała kometa gdy będzie już opuszczała Układ Planetarny...
....ale by to zrobić wiarygodnie musimy poczekać aż kometa przejdzie przez peryhelium, gdyż blisko peryhelium komety potrafią się rozpaść... Dlaczego? Otóż jądro komety jest mniej lub bardziej spoistym zlepkiem lodów (głównie lodu wodnego, ale i innych, zestalonego tlenku węgla i dwutlenku węgla, amoniaku..) i ziaren pyłu. W miarę jak kometa zbliża się do Słońca jej materia (głównie na powierzchni) jest ogrzewana, lody sublimują (sublimacja to przejście od razu ze stanu stałego w gazowy) unosząc przy okazji również pył. Z tej uwalnianej materii tworzy się głowa komety (ang. coma) i jej warkocze (nie ogony!). Jeżeli ogrzewanie przebiega gwałtowniej dochodzi do mechanicznych naprężeń, mogących powodować odrywanie się kawałków od jądra a nawet jego rozpad. Dodatkowo silne pole grawitacyjne Słońca powoduje powstawanie różnicowych naprężeń ("pływów"), które również mogą działać destrukcyjnie. Jak widać przejście przez peryhelium jest dla komety "ciężką próbą" i nie każda z tej próby wychodzi zwycięsko.
Jak można zobaczyć powyżej, orbita tu wyznaczona jest z obserwacji wykonanych gdy kometa znajdowała się dalej niż około 1 j.a od Słońca. Wyznaczyliśmy ją przy założeniu tzw. ruchu czysto grawitacyjnego. Jednakże, gdy kometa zbliża się coraz bardziej do Słońca (począwszy mniej więcej od 3 j.a.) jej lody sublimują. Sublimacja ta jest sferycznie niesymetryczna. Jest zwykle najsilniejsza na tej skierowanej ku Słońcu części powierzchni komety. W efekcie zachodzącej sublimacji, unoszony jest, jak wspomnieliśmy wyżej, pył z powierzchni komety i tworzy się efekt odrzutu rakietowego — kometa doznaje dodatkowego przyspieszenia, którego wektor wypadkowy skierowany jest z grubsza w przeciwną stronę niż kierunek, w którym zachodzi najsilniejsza sublimacja. Okazuje się, że choć efekt jest bardzo subtelny, to daje się z danych pozycyjnych wyznaczać. Ale jeszcze nie dla tej komety — gdy kometa minie peryhelium to być może uda się i dla niej wyznaczyć te tzw. efekty niegrawitacyjne, a co za tym idzie i orbitę niegrawitacyjną, która lepiej oddaje rzeczywistą trajektorię komety w przestrzeni. Musimy jednak trochę poczekać.
