7 Minutės
2017 metais mažai kometai įvyko retas ir kiek teatrališkas įvykis: ji sulėtėjo, sustojo, o vėliau, atrodo, pasisuko priešinga kryptimi. Trumpa. Nustebinanti. Pakankamai neįprasta, kad astronomai vis dar dėliojasi fizikos paaiškinimus ir stebėjimų seką.
Kai kometa „persigalvoja“
Stebėtojai, sekę 41P/Tuttle–Giacobini–Kresák per jos 2017 metų perihelį — artimiausią praskridimą prie Saulės — užfiksavo dramatišką kometos sukimosi periodo pailgėjimą. Kovo mėnesį branduolys apsisuko maždaug per 20 valandų. Po dviejų mėnesių tas sukimasis išsitempė iki maždaug 53 valandų. Gruodį laikrodis, panašu, vėl rodė apie 14,4 valandos. Tokia seka paaiškinama tik tuo atveju, jei kometos sukimasis lėtėjo iki nulio, sustojo ir vėliau atsinaujino priešinga kryptimi.
Toks perversmas teoriškai nėra visiškai neįmanomas. Kometos yra purvini, purus uolienų ir lakstančių (volatilinių) ledo sudūlėjimai. Kaitinant, ledas sublimuoja — iškart pereina iš kieto į dujinę fazę — ir susidaro srovės arba srautiniai „purkštukai“, kurie veikia kaip smulkūs raketų purkštukai. Šios srovės sukelia sukimo momentus — švelnius, bet pastovius jėgos impulsus — kurie gali keisti kometos sukimosi greitį ir kryptį. Tačiau 41P atveju pokyčio greitis ir apimtis buvo išskirtiniai. Kaip apibendrino Merilendo universiteto astronomas Dennis Bodewits, ankstesni dramatiški sulėtėjimai trukdavo mėnesius ir pateikdavo mažesnius pokyčius; 41P suformavo naują sukimosi būseną kur kas greičiau ir pilnai, nei buvo užfiksuota iki tol.
Tokiems reiškiniams suvokti reikia nuoseklių fotometrinių ir vaizdinių duomenų, taip pat dinaminio modeliavimo: nėra vienos vienintelės stebėjimo rūšies, kuri pilnai atskleistų visą procesą. Stebėjimų gausa ir ilgalaikis monitoringas leidžia sudėlioti laiko eigą bei įvertinti, kaip konkretūs aktyvūs regionai branduolyje galėjo sukelti matytus sukimosi pokyčius.
Kaip išgarinimas gali apversti branduolį
Mechanizmas grindžiamas paprasta fizika. Sublimacija — tiesioginis ledo perėjimas į dujas — sukuria koncentrinį išmetimą iš veikiamų, atvirų vietų. Kiekvienas lokalizuotas išsiveržimas perduoda kampinį impulsą, stumtelėdamas branduolį link didesnio arba mažesnio sukimosi priklausomai nuo purkštuko krypties santykyje su sukimosi ašimi. Maži kūnai yra ypač pažeidžiami: kilometro dydžio objektas, koks yra 41P, apytiksliai užima dešimties futbolo aikščių ilgį, o tokio mastelio dydis palengvina netolygų įkaitimą ar asimetrišką ledo pasiskirstymą, kas gali sukelti reikšmingus sukimosi pokyčius.
Šviesos kreivės — tai, kaip kometos šviesumas kinta laike — suteikia informacijos apie sukimosi dažnį ir formą, bet jos neparodo sukimosi krypties. Norint atstatyti apvirtimą, UCLA astronomas David Jewitt sujungė šviesos kreivių matavimus su atnaujintais dydžio įverčiais iš archyvinių Hubble kosminio teleskopo vaizdų. Duomenų mozaika geriausiai sudėliojosi, jeigu branduolys apie vidurį 2017 metų pristabdė savo sukimąsi ir po to apsisuko priešinga kryptimi. Jewitt interpretuoja tai kaip natūralų rezultatą — išgarinusių lakstančių medžiagų sukimo momentai veikia ypač mažą branduolį; matematiniai įverčiai sutampa su stebėtomis reikšmėmis.
Techniniu požiūriu svarbu atkreipti dėmesį į keletą veiksnių: aktyvių regionų geometriją, jų kitimą per laiką, rotacinę inerciją (moment of inertia) ir momentinį sukimo momentą (torque) iš kiekvieno aktyvumo židinio. Modeliuose dažnai apskaičiuojamas integruotas sukimo momentų poveikis per tam tikrą laikotarpį, kuris leidžia prognozuoti, ar sukimasis linkęs sulėtėti, greitėti ar net apsiversti. Dėl netolygaus ledų pasiskirstymo ir paviršiaus reljefo vieni purkštukai gali būti sutelkto ir ilgalaikio poveikio, kurie per kelias savaitės ar mėnesius sukelia reikšmingus kampinius pokyčius.
Kodėl tai svarbu
Kometos sukimosi dinamika yra svarbi todėl, kad ji valdo, kaip ir kur saulės šviesa įkaitina paviršių — o tai savo ruožtu lemia, kurios ledo plokštelės sublimuoja ir kaip purkštukai evoliucionuoja per kelis orbitinius ciklus. Jei purkštukai nuolat stumia spiną ta pačia linkme, kometa gali pasiekti tokį greitį, kad centrinės jėgos pradės įveikti savosios gravitacijos sutvirtinimą, o branduolys gali iširsti į fragmentus. Jewitt modeliai rodo, kad jei 41P ir toliau keistųsi tokiu pat tempu, kaip 2017 m., didinantis centrinis pagreitis per kelias dešimtis metų galėtų išardyti branduolį.
Tačiau tai nėra neišvengiama baigtis. Trūksta patikimų matavimų iš 2022 metų perihelio, o patikimi sukimosi dažnio duomenys vėl bus prieinami, kai 41P sugrįš 2028 metais. Iki tol kometos ateitis lieka atvira — ir tai svarbu siekiant suprasti mažųjų kūnų evoliuciją vidinėje Saulės sistemoje. Kartotiniai sukimosi pokyčiai rodo, kad kai kurios dabar matomos mažos kometos galėjo būti didesnių protėvių fragmentai, palaipsniui nudailinti nuolatinio kaitinimo ir masės netekimo procese.
Be teorinių pasekmių, tokios dinamikos supratimas turi praktinę reikšmę: fragmentacija gali pripildyti vidinę Saulės sistemą smulkiomis dulkėmis ir akmenimis, keisti meteorinių liūtų modelius Žemėje ir apsunkinti galimas kosmines misijas prie kometų. Prognozuojant, kaip purkštukai paveiks orientaciją ir paviršiaus pavertimą, misijų planuotojai gali geriau apsvarstyti patekimo kampus, nusileidimo taškus ar mėginių paėmimo operacijas.
Mokslinis fonas ir stebėjimų detalės
Kometos sukimosi tyrimai jungia fotometriją, aukštos raiškos vaizdavimą ir terminį modeliavimą. Šviesos kreivės atskleidžia periodiškas šviesumo variacijas, susidarančias dėl nereguliarios formos, besisukančios apšvietimo sąlygomis. Kosminio teleskopo nuotraukos su didesne erdvine raiška padeda patikslinti branduolio dydį ir atskirti komos spindesį nuo paties branduolio šviesos. 41P atveju archyviniai Hubble kadrai suteikė dydžio apribojimą, kuris padarė Jewitt rotacinį modelį nuosekliu ir suderintu su stebėjimais.
Stebėjimuose dalyvavo ir žemės bei kosminės observatorijos: nuolatinė fotometrija seka šviesumo pokyčius, spektrinė analizė gali parodyti dujų sudėtį ir aktyvumo pobūdį, o detalios aritmetinės ir dinaminių modelių studijos leidžia įvertinti, kaip konkrečios veiklos sritys sukelia sukimo momentus. Terminio modelio naudojimas leidžia prognozuoti, kurie paviršiaus ruožai įkaista greičiausiai ir kurie gali tapti aktyviais, remiantis albedo, šiluminės talpos ir terminio laidumo įverčiais.
Be akademinio smalsumo, šie darbai turi praktinių padarinių. Kometos skaidymasis gali užteršti vidinę Saulės sistemą nuolaužomis, daryti įtaką meteorų liūtams Žemėje ir apsunkinti galimas misijas prie tokių objektų. Supratimas, kaip purkštukai sukelia sukimo momentus branduoliui, padeda misijų planuotojams numatyti orientaciją ir paviršiaus ekspoziciją — kritiškai svarbu planuojant nusileidimus ar mėginių paėmimą.
Eksperto įžvalgos
„Tai, kas daro 41P ypatingą, nėra vien tai, kad ji apsisuko; ypatinga yra tai, kaip staigiai tai įvyko,“ sako dr. Elena Marquez, astrofizikė, tyrinėjanti mažųjų kūnų dinamiką. „Įsivaizduokite sukamą virbalą, kuris sulėtėja iki klibčiojimo, sustoja, o tada vėl sukasi priešinga kryptimi todėl, kad smulkūs purkštukai nuolat jį stumdė. Toks jautrumas parodo, kad šie objektai yra dinamiškai gyvi — jie keičiasi žmogaus stebimoje laiko skalėje. Tai taip pat reiškia, kad mums reikia dažnesnio stebėjimo, kad galėtume užfiksuoti šiuos perėjimus, kai jie vyksta.“
Nuolatinis stebėjimas — fotometrija per būsimus perihelio praskridimus, tikslingas vaizdavimas ir terminis modeliavimas — parodys, ar 41P apsivertimas buvo vienkartinis įvykis, ar pakartotinis modelis, galiausiai galintis suskaidyti branduolį. Šiuo metu kometa yra ryškus pavyzdys, kad net mažieji Saulės sistemos kūnai išlieka aktyvūs ir nenuspėjami, net po 4,5 milijardo metų evoliucijos.
Ateities stebėjimai, skirti sekti 41P 2028 metų sugrįžimą, bus lemiami. Juose turėtų dalyvauti tiek profesionalios observatorijos, tiek gerai koordinuoti mėgėjų tinklai, kad būtų surinktas nuoseklus fotometrinių ir spektrinių duomenų rinkinys. Tokie stebėjimai pagerins mūsų gebėjimą sujausti sukinį momentų balansą, nustatyti aktyvių židinių evoliuciją ir patikslinti fragmentacijos rizikos įverčius.
Mokslininkai atidžiai stebės 41P sugrįžimą, pasirengę sužinoti, ar šis branduolys ir toliau mus stebins.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą