Astronomia le comete

Le comete: divagazioni storico-letterarie

• Dai Cinesi ai Romani

Insieme alle eclissi, le comete sono sempre state protagoniste di stupori, attese di calamità e terrori superstiziosi: la comparsa di una stella fiammeggiante con una gran coda, nei cieli pressocché bui e trasparenti dell’antichità, scatenava annunci terribili e previsioni catastrofiche.
Il primo avvistamento documentato di una cometa avvene ad opera dei cinesi, nel 1059 a.C. Questi oggetti erasto stati da loro chiamati con 29 forme e nomi diversi; il più usato era po hsing, “stella scopa”, poiché pensavano che spazzasse via il vecchio per portare il nuovo. Fino al XI secolo d.C. i cinesi catalogarono più di 600 osservazioni.
Anche in Occidente studiosi greci e latini si occuparono di comete.
Aristotele le riteneva solo un fenomeno meteorologico, di esalazioni sublunari [1], una perturbazione atmosferica causata quando le emanazioni terestri si incendiavano nella zona di fuoco che egli riteneva circondasse il pianeta.
Pochi invece adottarono la stessa chiarezza investigativa di Seneca che, nel I secolo d.C., sostenne che i movimenti delle comete, essendo simili a quelli dei pianeti, escludevano ipse facto che si trattasse di fenomeni atmosferici. Inoltre scrisse profeticamente: “Verrà il tempo in cui queste cose che rimangono ignote saranno messe in luce [...] Qualcuno verrà che dimostrerà dove corrano le comete, perché errino scostandosi tanto dagli altri astri” [2].
Cicerone, generalmente scettico sugli influssi astrali, attribuiva alla cometa dell’87 a.C. la sfortuna della guerra di Ottavio: questa fu con tutta probabilità la cometa di Halley. Sempre sulla scia dell’infausto è la testimonianza di Plinio, il quale riporta che l’imperatore Augusto fece erigere un tempio a Venere per il culto delle comete, volendo celebrare quella che era apparsa dopo la morte di Cesare. Secondo l’imperatore, questa cometa era l’anima del dittatore suo zio tra gli dei immortali.
Durante l’impero romano anche Tacito riferisce per Nerone “l’opinione del volgo che le comete presagiscano il cambio del re” [3], e Svetonio concorda dopo che l’apparizione di una cometa “che comunemente si ritiene annunziatrice di rovine al potere supremo...deliberò di far scempio dei più nobili cittadini” [4].

• Dalle superstizioni del 1300 alle teorie di Brahe

Nel 1301 l’ennesima comparsa della cometa di Halley si prestò alla contemplazione di Dante e Giotto. Il Poeta celebra le comete nel Paradiso, canto XV, e nel Purgatorio (canto V). Nel 1401, invece, un’altra grande cometa apparsa a fine febbraio fu poi confusa con quella che la seguì nel 1402: in coincidenza dell’evento si ebbe la morte di Gian Galeazzo Visconti, duca di Milano. Secondo le cronache quest’ultimo, saputo della cometa, ringraziò Dio di aver annunziato agli uomini la sua morte con un segno celeste [5].Continua pertanto la serie delle stragi attribuite alle comete, ma Shakespeare chiarisce che “quando muoiono i poveri non si vedono le comete” [6].
Famose sono invece le osservazioni di Tycho Brahe: dapprima aveva composto un catalogo di 788 stelle, molto peciso. Queste stelle erano poi usate come riferimento nelle osservazioni. Egli ebbe modo di scoprire e catalogare sei comete: nel 1577, 1580, 1582, 1590, 1593, 1596. Per le osservazioni della cometa del 1577, le sue misure si rivelarono precise a 4’; per quella del 1582 addirittura a 1’, al limite della risoluzione dell’occhio umano. Tycho scrisse infine un libro ove riportava le sue teorie ed osservazioni sulle comete, il De mundi aetherei (1588): conclude demolendo la teoria aristotelica delle esalazioni sublunari e precisa che le comete erano caratterizzate da orbita ellittica e non circolare.

1.3 Le scoperte di Halley e l’uso della tecnica

La prima cometa scoperta col cannocchiale fu quella di Kirch del 1680; essa fu anche la prima ad essere calcolata con orbita parabolica.
Ma la vera rivoluzione avvenne nel 1675 con le scoperte di Edmond Halley, figlio di un benestate fabbricatore di sapone. All’età di 17 anni il padre gli regalò un telescopio di 7 metri di lunghezza e lo mandò a studiare alla Oxford University. Halley applicò un procedimento matemetico trovando che le comete osservate da Apiano nel 1531, da Keplero nel 1607 e da lui stesso nel 1682 eranola medesima: fu così che a questa cometa venne dato il nome di Halley, la quale si avvicina all’orbita terrestre ogni 76 anni circa. Nel 1705 egli pubblicò il libro Sinossi dell’Astronomia delle Comete, in cui previde che la cometa da lui osservata sarebbe riapparsa nel 1758. Nonostante la previsione fosse esatta, egli non ebbe modo di verificarla, poiché mori nel 1742.
L’ultimo passaggio della cometa Halley risale al 1986, quando essa venne avvicinata dalle sonde sovietiche Vega 1 e Vega 2 e dalla sonda europea Giotto.
Nel 1813 Laplace effettuò la distinzione tra comete a breve periodo e comete a lungo periodo, stabilendo che queste ultime si allontanavano fino a 8 bilioni di chilometri dal Sole. Le prime invece si comportavano più o meno come i pianeti avendo un periodo di circa 30 anni.
L’uso di strumenti scientifici nell’osservazione delle comete permise di acquisire nuove conoscenze. Il primo uso della polarimetria per una cometa fu fatto a Vienna da Murman, che, con un prisma di Nicol, scoprì la polarizzazione della luce delle code.
Schipparelli, nel 1866, espose la sua teoria sulla relazione tra comete e pioggie meteoriche. La prima cometa osservata con uno spettroscopio fu quella di Tempel del 1864, osservata da Huggins, il quale vi trovò composti di idrogeno e di ossigeno. Nel 1882, Vogel trovò poi segni di sodio nella cometa di Wells.
Nel XX secolo il progresso tecnologico ha permesso di capire molto di più sulle comete, grazie all’uso di telescopi ed attrezzature potenti e precise, nonché sonde spaziali.

CAPITOLO 2 – Le comete: cosa sono e da dove vengono

2.1 Composizione

Cometa deriva dal greco cometes, che significa “chiomata: la chioma è infatti la nube fluorescente che circonda il nucleo. Secondo il modello proposto intorno al 1950 dall’astronomo Fred Whipple, il nucleo, che costituisce la massa della cometa, è formato da sostanze volatili come acqua, ammoniaca e anidride carbonica, che gli conferiscono l’aspetto di “una palla di neve sporca”.
La coda e la chioma sono invece composte da radicali di elementi chimici quali idrogeno, carbonio, ossigeno e azoto. Essi hanno origine da molecole di ammoniaca (NH3) e metano (CH4) che si trovano nel nucleo della cometa.
Molte delle comete conosciute percorrono orbite deviano significativamente dal moto newtoniano, a causa dei gas emessi, che producono un effetto a jet. La dispersione/espulsione di questo materiale dal nucleo causa un lento indebolimento negli anni della luminosità della cometa. Tuttavia la testa di una cometa (nucleo e chioma) può raggiungere dimensioni ragguardevoli, e la sua coda estendersi per milioni di chilometri nello spazio. Quest’ultima è composta da molecole ionizzate, sublimate dal nucleo e rese brillanti per effetto degli urti con il vento solare, tenue flusso di particelle emesso di continuo dalla corona solare. Questo determina, inoltre, la disposizione della coda dalla parte opposta rispetto al Sole.

2.2 Caratteristiche orbitali

Le comete percorrono orbite ellittiche, i cui periodi possono variare dai 3 ai 2000 o più anni. Si tratta in realtà di ellissi di grande eccentricità, talmente ampie da sembrare parabole e così aperte da portare questi astri fuori dal sistema solare.
Le comete sono anche soggette all’attrazione di altri corpi celesti, soprattutto i pianeti esterni come Giove e Saturno. La velocità relativa tra cometa e pianeta è essenziale: se è elevata, il tempo di perturbazione è breve e di poco effetto. Inoltre, come già notò Leverrier per Giove, se una cometa precede il pianeta ne è attratta in modo che la sua orbita si contrae; se invece la cometa segue il pianeta, l’orbita si allunga. L’inclinazione orbitale determina invece le zone in cui la cometa è sogetta ad attrazioni planetarie.
Generalmente non si possono avere risultati attendibili usando elementi orbitali di epoche lontane: le variabili sull’orbita di una cometa sono numerose e non sempre prevedibili. L’enorme lavoro è oggi reso più semplice dall’uso dei calcoltori e programmi che integrano le equazioni del moto, chiamati “integratori numerici”: l’integrazione non avviene per via analitica, ma numericamente, passo passo. Oltre l’integratore è necessario un programma che fornisca posizioni planetarie precise ed esegua il calcolo delle perturbazioni non gravitazionali.
Il valore della luminosità di una cometa è invece la magnitudine. Un nucleo cometario può produrre più o meno gas quando è vicino al Sole: la misura della luce riflessa dalle polveri e di quella assorbita e riemessa dai gas emessi dal nucleo, può variare ad ogni passaggio.

2.3 Sciami meteorici e comete

Le comete che hanno periodi diversi, ma percorono orbite simili, vengono riunite in gruppi. Nel moto delle comete intorno al Sole le variazioni di temperatura e di stato fisico del nucleo producono disgregazione e frammentazione della parte solida. Si hanno perciò piccoli detriti che seguono l’orbita della cosiddetta “cometa-madre”. I detriti entrano nell’atmosfera terrestre, la loro energia cinetica si trasforma in calore e luce, ionizzando le particelle dell’atmosfera, il che provoca le caratteristiche scie luminose, le pioggie meteoriche. Il primo a stabilire scientificamente questa relazione fu G. Schiparelli, nel 1866, che dimostrò l’identità fra gli elementi orbitali della cometa P/Swift-Tuttle e dello sciame delle Perseidi.

2.4 Ipotesi di provenienza

Secondo le ipotesi di Jan Oort, nel 1950, esiste una nube sita tra 20.000 e 100.000 UA che potrebbe contenere circa 1000 miliardi di comete con orbite casuali. Alcune di quelle espulse dalla nube per influsso gravitazionale delle stelle vicine, vengono catturate nella parte interna del Sistema Solare. Se la cometa ha un’interazione gravitazionale forte con uno o più pianeti, la sua orbita può venirne fortemente modificata fino a renderla ellittica. Questo può essere il destino delle comete scoperte recentemente in una zona oltre l’orbita di Plutone e raggruppate in un anello (o meglio, un volume toroidale) chiamato Fascia di Kuiper.
La fascia di Kuiper si estende tra le 40 e le 1000 UA. Dovrebbe contenere fino a 1 miliardo di comete. Questa è semplicemente una fascia di materiale più vicina al Sole, residuo della nascita del sistema solare. La presenza della fascia di Kuiper doveva essere necessaria alla spiegazione di molte apparizioni di comete. Infatti dalla suddetta fascia si inseriscono nel sistema solare comete con un'orbita non molto inclinata (a differenza di quelle provenienti dalla nube di Oort) e questi inserimenti sono dovuti all'influsso gravitazionale dei pianeti gassosi più esterni (Nettuno per esempio) oppure all'influsso gravitazionale di una cometa un po' più grande delle altre.

 

2.5 Collisioni

L’apparizione di una cometa può far temere una possibile collisione con la Terra? D’altronde il nostro pianeta è passato attraverso la coda di diverse comete, senza riportare conseguenze.
La caduta di un nucleo cometario su una grande città provocherebbe conseguenze catastrofiche. Secondo le ultime analisi, l’oggetto che esplose nel giugno del 1908 nella regione di Tunguska, in Siberia, potrebbe essere stato una cometa. Testimoni oculari, a 500 km di distanza, videro un oggetto di colore blu pallido attraversare il cielo e brillare più del Sole: l’esplosione, ad un’altitudine di 8,5 km, liberò un’energia pari 50 megaton (500 volte la bomba di Hiroshima) e devastò un’area di 80 km di diametro. Si è pensato si trattasse di una cometa che, nell’ingresso in atmosfera, sia esplosa in modo violento per la grande forza di attrito generata. L’ipotesi di un meteorite, invece, non è pienamente sostenibile: non è stato trovato mai un resto, ed un meteorite non sarebbe esploso in atmosfera, poiché avente una densità maggiore.
Nel 1992, invece, la cometa Shoemaker-Levy 9 si frantumò in 21 pezzi a causa dell’intenso campo gravitazionale di giove. Nel mese di luglio del 1994 questi frammenti caddero sul pianeta gigante. L’energia cinetica della cometa si convertì in calore, generando una serie di tremende esplosioni nell’ordine del centinaio di megatoni.

CAPITOLO 3 – Esplorare il cielo alla ricerca di comete

 

3.1 Classificazione delle comete

Nell’agosto 1944 l’Unione Astronomica Internazionale ha stabilito nuovi criteri per la classificaizone delle comete, valida a partire dal 1995:

• C/ cometa a periodo molto grande
• D/ comete perse
• A/ comete divenute asteroidi
• X/ comete di cui non si può calcolare l’orbita

Le comete periodiche note o appena scoperte premettono la lettera P, l’anno, una lettera che indica la quindicina della scoperta ed un numero successivo per ogni scoperta. Così la C/1995 O1, che è la Hale-Bopp, è la prima cometa scoperta nella seconda metà di luglio 1995. Ufficialmente, con la nuova denominazione, scompare l’uso di assegnare alle comete il nome del suo scopritore.

 

3.2 Missioni spaziali: le sonde automatiche

La cometa di Halley è stata la prima ad essere raggiunta dalle sonde mandate dall’uomo. La sonda Giotto dell’ESA, nel 1986, si è avvicinata a questa fino a 650 per inviare le prime immagini del nucleo cometario, grazie alla protezione di uno scudo di alluminio contro le particelle di polvere vaganti.
Per il futuro sono previsti motli lanci indirizzati verso le comete. La missione Stardust è già paritta verso la cometa Wild 2, per raccogliere le polveri della coda. La sonda Rosetta dovrà partire verso la cometa 46P/Wirtanen nel 2003. Nel gennaio 2004, invece, toccherà alla spedizione NASA Deep Impact.
Deep Impact raggiungerà la cometa Tempel 1 nel Luglio 2005. Mentre la sonda madre in orbita raccoglierà i dati, un altro modulo, detto impactor, sarà scagliato sul nucleo della cometa, provocando un cratere grande come un campo da calcio e profondo quanto un palazzo di sette piani. Le informazioni raccolte da questa spedizione serviranno a far chiarezza sulla composizione interna delle comete ed anche sulle prime fasi di formazione del Sistema Solare, epoca in cui si pensa questi oggetti erranti nello spazio si siano formati.

 

3.3 Osservazione visuale: diventare cacciatori di comete

In questo campo gli astronomi non professionisti possono dare validi contributi alla ricerca scientifica: hanno a disposizione apparecchiature tecnologicamente avanzate (telescopi, CCD, registratori) che hanno il vantaggio di una grossa portabilità rispetto agli strumenti professionali. Per ottenere risultati precisi, che oltre alla bellezza dell’evento estetico servano per ben documentare un passaggio di comete a quanti in seguito dovranno studiarlo, è necessario un continuo esercizio.
La strumentazione basilare di cui si necessita è molto semplice: un binocolo di grande apertura, 7´50, e un piccolo telescopio 114/900 con un oculare di scarsa potenza.
Inizialmente si esplora sistematicamente il cielo, per fasce orizzontali o verticali. Le ore consigliate sono prima dell’alba oppure dopo il tramonto, concentrandosi nelle zone al di sopra dell’orizzonte in cui il Sole è tramontato, oppure quelle dove il Sole si leverà. Per non correre il rischio di confondere le comete con nebulose, ammassi globulari ed altri oggetti celesti, è consigliabile evitare le costellazioni Sagittario, Vergine, Ofiuco, Aquila, e Leone. Una volta avvistato un oggetto “sospetto”, verificare se è riportato su un buon atlante celeste (come per esempio lo Sky Atlas). In caso contrario indicare la sua posizione in rapporto alle stelle vicine; ricontrollare la posizione dell’oggetto ad intervalli di tre ore (onde evitare si tratti di spazzatura spaziale, satelliti o detriti): se la sua posizione cambia, si tratta verosimilmente di una cometa. Il prossimo passo è avvisare un osservatorio astronomico oppure un gruppo astrofili locale, trasmetter loro tutti i dati ed attendere un riscontro delle proprie osservazioni.
Decine di comete conosciute si rendono visibili nel corso dell’anno: le loro effemeridi sono periodicamente indicate sulle varie riviste di astronomia, oppure su un atlante astronomico. Per osservarle e fotografarle, procurarsi la necessaria documentazione e familiarizzare con la parte del cielo in cui la cometa si trova. Oltre agli strumenti sopraindicati, è necessaria una macchina fotografica reflex, un teleobiettivo ed una pellicola rapida (Tri X, TP2415, Recording). Con la reflex montata su di un cavalletto, non superare il minuto di posa. Come alternativa è possibile montare la macchina fotografica in linea col telescopio, ed usare quest’ultimo come guida. Si potranno quindi raggiungere anche i 10 minuti di posa. Per lo sviluppo delle foto, infine, si consiglia carta “dura” per ottenere maggior contrasto.

3.4 Hyakutake 1996 e Hale Bopp 1997: cronache di un passaggio

Gli ultimi 10 anni sono stati particolarmente proficui per i cacciatori di comete: schiere di curiosi hanno cominciato a scansionare il cielo, sperando di poter affibiare il proprio nome ad uno di questi fuggevoli oggetti.
In ordine cronologico, le ultime due comete famose per la loro spettacolare apparizione sono la Hyakutake (1996) e la Hale-Bopp (1997). In occasione del passaggio di queste due comete, le più luminose degli ultimi 500 anni, in tutto il mondo si sono organizzate serate di osservazione pubbliche.
La cometa 1996 B2, Hyakutake (nome del suo scopritore), è una delle più brillanti passate vicino alla Terra dal 1556. Già nel febbraio ’96, quando ancora la sua magnitudine era 8,7, invisibile ad occhio nudo, gli osservatori astronomici di tutto il mondo ed il telescopio Hubble analizzavano le componenti orbitali, la composizione chimica e la futura luminosità. Dalle informazioni sulla sua orbita, i ricercatori conclusero che la 1996 B2 doveva essere già passata vicino al Sole in un’epoca remota, 10 o 20 mila anni fa. L’analisi spettrografica mostrava nalla cometa tracce di H2O, CO, CH4, C2H6 e NH3. Il 25 marzo raggiungeva il punto più vicino alla Terra, 15 milioni di km, ed una magnitudine di –5,7 (l’oggetto più luminoso in cielo dopo Sole e Luna).

           La cometa C/1995 O1, scopritori gli astrofili Alan Hale e Thomas Bopp, venne invece avvistata nel luglio ’95, quasi due anni prima che raggiungesse il punto di maggior vicinanza al nostro pianeta. La sua orbita, perpendicolare a quella della Terra, ha subito gli influssi gravitazionali del pianeta Giove. Nell’aprile 1997, quando la cometa era più vicina alla Terra, la sua magnitudine era –1,3.

5. GLOSSARIO

 

Anticoda
Quando al coda di una cometa sembra puntare verso il Sole, questa è chiamata anticoda o anche coda anomala di tipo III. Ciò avviene quando la cometa produce grande quantità di particelle di polvere pesante, le quali stazionano lungo l’orbita della cometa invece che essere spazzate via dal vento solare.

Chioma

L’atmosfera temporanea intorno ad un nucleo cometario; il componente gassoso è generalmente sferico, quello di particelle solide si distribuisce in un inviluppo parabolico.

 

Coda

La coda di una cometa è la sua caratteristica più distintiva. Generalmente punta in direzione opposta al Sole, appare come una fascia appesa alla cometa di forma e lunghezza che può variare a seconda della quantità di materiale espulso/sublimato.

Coda tipo I

Coda cometaria di ioni.

 

Coda tipo II

Coda cometaria di polvere o ghiaccio.

Coda tipo III

Anticoda.

Fase

Angolo cometa-Sole-osservatore.

Magnitudine

Valore di luminosità di un oggetto nel cielo. Attualmente, per le comete, si considerano formule che tengono conto della diversa luminosità prima e dopo il perielio.

Nucleo

Il nucleo è generalmente nascosto dalla chioma e dal materiale espulso per via del riscaldamento solare. Racchiude la parte solida della cometa ed è composto da acqua, ammoniaca ed anidride carbonica. Il vero nucleo di una cometa è stato osservato solo una volta, in occasione della missione Giotto.

Perielio

Il punto dell’orbita cometaria più vicino al Sole.

U.A.
Unità Astronomica, pari a 149.597.870 km; è quasi uguale alla sitanza media Terra-Sole.

 

6. BIBLIOGRAFIA

 

Capitolo 1, riferimenti

[1] Aristotele, “Meteor.”, Libro I, 7,10
[2] Seneca, “Naturales Quaestiones”, libro VII, 25
[3] Tacito, “Annales”, libro XIV, 22
[4] Svetonio, “Nero”, 36
[5] Annales Mediolanum CLXIV
[6] Shakespeare, “Giulio Cesare”, I sc II, 30-31

 

Indice delle fonti consultate

• P. Bourge, “Il manuale pratico dell’astronomia”, Bologna, Zanichelli, 1991
• Foglia Sergio, “ABC delle osservazioni”, Nuovo Orione n° 26, 1992
• W. Ferreri, “Osserviamo al Hale-Bopp”, Nuovo Orione n° 54, 1996
• “Progetto Deep Impact NASA”, http://deepimpact.nasa.gov, visitato il 14/3/2002
• “Cometa”, Microsoft Encarta Encicliopedia Online 2002, http://encarta.msn.it, visitato il 14/3/2002
• “Le comete online”, http://digilander.iol.it/comete, visitato il 14/3/2002
• Dati prossime apparizioni di comete richieste presso csm@encke.jpl.nasa.gov, email ricevuta il 10/3/2002
• Sezione Comete Unione Astrofili Italiani, www.uai.it/comete, visitato il 14/3/2002