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Los cometas (I): Concepto, origen y naturaleza
Concepto y origen
Los cometas son pequeños cuerpos que orbitan alrededor del Sol, caracterizados por un núcleo central con dimensiones del orden de algunos kilómetros a partir del cual se ha formado una esfera gaseosa, el coma o la cabellera, y una estela luminosa de aspecto variable, la cola.
Cometa Ikeya-Seki, fotografiado en 1965
El núcleo es una mezcla de gas helado y polvo que, durante la mayor parte de su viaje en torno al Sol, hiberna, por así decir, en las partes más frías y lejanas del Sistema Solar. Al acercarse al Sol el material se calienta gradualmente hasta producirse la sublimación de los materiales más volátiles, que lo circundan como un coma de plasma y que le confieren su aspecto difuso, visible a través del telescopio. Si la cantidad de gas y polvos de los que dispone es suficiente se desarrolla la cola, a menudo muy espectacular, que se ha formado con los materiales liberados por el núcleo.
Los cometas son los cuerpos celestes integrantes del Sistema Solar que presentan un comportamiento más caprichoso y aparentemente irregular, con su peculiar aspecto de brillante cabellera difusa y una cola más o menos arqueada en las cercanías del Sol.
Cometa Mrkos, fotografiado en 1957
Los cometas proceden de las regiones más externas del Sistema Solar y aparecen a la vista desde todas las direcciones del firmamento; aunque de los millones de cometas que se suponen sólo unos pocos pasan cerca del Sol para volverse visibles. Algunas veces, en su aproximación al Sol, atraviesan las órbitas de los planetas terrestres hasta llegar muy cerca de la estrella; luego giran en torno y se alejan describiendo una órbita elíptica de gran excentricidad.
Para deducir el origen de los cometas hay que remontarse a la génesis del Sistema Solar, imaginando un joven Sol rodeado por una nebulosa de gas y polvo, de la cual se genera en primer lugar una ingente cantidad de planetésimos: pequeños cuerpos sólidos, de dimensiones en torno a unos cuantos kilómetros, y a continuación, por agregación de éstos, se forman los actuales planetas. Según este modelo teórico, en la región de los planetas gigantes la baja temperatura de la primigenia nebulosa posibilitó la formación de planetésimos compuestos predominantemente por hielo.
Algunos de estos objetos minúsculos, antes de englobarse en los actuales planetas, sufrieron drásticas modificaciones orbitales a consecuencia de encuentros cercanos con los grandes embriones planetarios, y de esta forma adquirieron órbitas casi parabólicas ubicados durante miles de millones de años en un "espacio de almacenamiento" denominado la Nube de Oort.
Los cometas podrían ser una muestra, incluso inalterada, de los pequeños cuerpos que edificaron los grandes planetas.
Naturaleza
Cuando un cometa inicia el viaje hacia el Sol siguiendo una órbita muy excéntrica, abandonando la región fría donde se supone reside, el aumento de la temperatura provoca una sublimación del hielo y la expulsión del polvo; con lo que el pequeño astro se torna visible.
Para los cometas periódicos, en cuya composición predomina el hielo de agua, esta transición se produce a una distancia del Sol equivalente a 3 UA (unidades astronómicas). En cambio, si los cometas son de nueva aparición, todavía ricos en materiales más volátiles y más cercanos en su composición a las condiciones primordiales del Sistema Solar, la actividad puede manifestarse antes de atravesar la órbita de Júpiter. El polvo y el gas expulsados configuran un halo difuso de aspecto esférico denominado cabellera o coma; si el cometa se aproxima a menos de 1,5 UA del Sol, entonces desarrolla una o más colas.
La cabellera o coma contiene gas y polvo en proporciones casi idénticas y su diámetro oscila entre 3 y 10 veces el de la Tierra. Las colas pueden medir varias decenas de millones de kilómetros, observándose algunas de hasta 100 millones de kilómetros. La cabellera está rodeada por una nube esférica de hidrógeno, visible únicamente en el ultravioleta, con un diámetro diez veces superior al solar. Luego, los cometas activos son las estructuras mayores del Sistema Solar, prescindiendo de las magnetosferas planetarias.
El aspecto de un cometa no es estático sino variable. El gas y el polvo presentes en la cabellera pasan a la cola antes de perderse definitivamente en el espacio interplanetario; en el plazo breve de unas semanas, el material presente en la cabellera y la cola es completamente sustituido por material nuevo emitido por el núcleo.
Cometa Bradfield, fotografiado en 1987
El cometa expulsa gas y polvo prácticamente en todas direcciones, pero especialmente hacia el Sol que es la fuente de calor. Los efectos generados por el Sol, sin embargo, impulsan los materiales hacia el exterior formando las espectaculares colas; es por este motivo que las colas de los cometas siempre están orientadas en dirección opuesta al Sol.
El polvo presente en la cabellera es empujado por la luz solar que al incidir en las minúsculas partículas sólidas es capaz de ejercer sobre ellas una presión. El efecto combinado del empuje debido a la radiación y del movimiento orbital del cometa genera una cola de polvo de característica forma arqueada.
La luz ultravioleta del Sol desprende uno o más electrones a los átomos y las moléculas creando una mezcla eléctricamente neutra de electrones libres, con carga negativa, e iones con carga positiva; esta mezcla recibe el nombre de plasma.
El viento solar, es decir, la corriente de electrones y protones que fluye continuamente desde la corona del Sol tiene un campo magnético que, al interactuar con la cabellera, acelera los iones en la dirección de su movimiento, formando una cola de plasma prácticamente rectilínea.
El núcleo del cometa se sitúa dentro de la cabellera, resplandeciente debido a la fluorescencia de los gases y por la luz solar reflejada en el polvo. Los diámetros nucleares medios, deducidos a partir de la observación de cometas lejanos desprovistos todavía de cabellera, varían entre unos centenares de metros y algunas decenas de kilómetros, mientras que las formas aparecen extremadamente irregulares. Los periodos típicos de rotación del cometa están comprendidos entre unas horas y varios días.
Núcleo del cometa Halley fotografiado por la sonda Giotto en 1986
Los núcleos de los cometas se han formado en las regiones externas del Sistema Solar, allá donde las temperaturas se sitúan muy por debajo del punto de congelación del agua, del dióxido de carbono y de otros gases. Por este motivo se supone que los cometas son conglomerados de hielo y polvo, eventualmente enriquecidos por compuestos orgánicos de color oscuro del que deriva el calificativo de bolas de nieve sucia.
En las regiones interiores del Sistema Solar, la rotación del núcleo expone poco a poco distintas porciones de la superficie del núcleo a la acción de los rayos del Sol, provocando la vaporización de los hielos y la liberación de sustancias sólidas: metales, silicatos y otros compuestos. Gran parte de las emisiones asumen la forma de chorros que surge a través de huecos en la superficie.
A cada paso por el perihelio, los cometas pierden unos metros de espesor, aunque pocos, por lo que sobreviven a cientos o miles de acercamientos al Sol antes de desintegrarse.
Por las sustancias observadas en la cola se deduce que el núcleo de los cometas debe estar constituido mayoritariamente por compuestos de hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno. Durante las fases de máxima actividad, un cometa joven expulsa a diario más de un millón de toneladas de vapor de agua y medio millón de toneladas de polvo. Esta materia, dispersa en un volumen enorme de espacio, se diluye hasta alcanzar densidades tan bajas que incluso la Tierra ha pasado muchas veces a través de la cola de un cometa sin que nadie lo apreciara.
Se distinguen dos tipos principales de colas:
—La cola de polvo, amarillenta y arqueada, que se limita a reflejar la luz solar que la rodea.
—La cola de gas, frecuentemente de color azul y alargada en la dirección opuesta al Sol, con condensaciones y estructuras bastante variables incluso en el curso de pocas horas; los gases que la forman son luminosos por fluorescencia e ionizados (cargados eléctricamente) por la radiación ultravioleta solar. Estos gases interactúan con el viento solar y son expelidos fuera del núcleo.
Los cometas son raramente visibles cuando se encuentran lejos del Sol, más allá de la franja de asteroides (entre Marte y Júpiter). Se reducen al núcleo, sólido y oscuro, generalmente de unos cuantos kilómetros de diámetro y compuesto por una mezcla de hielos (sobre todo hielo de agua, pero también de metano y amoniaco), polvo y minerales ricos en carbono.
El astrónomo estadounidense Fred Whipple describió los núcleos de los cometas en 1949, que previamente había calificado como "bolas de nieve sucia". Después de completada la misión de estudio de la sonda espacial Giotto sobre el cometa Halley, se deduce que tal "suciedad" no se distribuye uniformemente sino que tiende a acumularse en la capa más externa del núcleo, cuya superficie aparece recubierta de fracturas o regiones activas, a través de las cuales las sustancias volátiles son expulsadas al espacio.
A medida que un cometa se aproxima al Sol, el calor evapora los hielos superficiales y el núcleo queda rodeado por una cabellera gaseosa, transparente y progresivamente luminosa, debido a la luz solar reflejada y a fenómenos de fluorescencia.
La cola de los cometas también se desarrolla en las proximidades del Sol; está formada por gas y polvo expulsados del núcleo y empujados por el viento solar y la presión de la radiación; por este motivo, la cola siempre se extiende en dirección opuesta al Sol y, cuando el cometa se aleja de él acaba por preceder al núcleo. La cola puede alcanzar una longitud de decenas o centenas de millones de kilómetros, cada vez más ramificada cuanto mayor sea la distancia al núcleo. La formación de la cola es la prueba de que los cometas pierden material en el espacio a cada paso por las cercanías del Sol.
Secuencia fotográfica del cometa Halley en 1910. Pierde la cola antigua y en su lugar aparece una nueva de plasma.
Raúl Alonso y Susana L. Rivera
¬ 03/02/2010