Astronomia: Els antics (i els no tan antics) prenien l’aparició en el cel d’un cometa com un signe de la imminència de fets extraordinaris, habitualment funestos. Al capdavall, els cometes apareixien com un fenomen caòtic que esquitxava la perfecció aparent dels moviments dels astres. El cometa apareix a la impensada, amb formes diverses, en constel·lacions zodiacals i no-zodiacals, amb una desplaçament aparent de nit en nit i, després d’uns dies o d’unes setmanes, s’esvaeix. Edmond Halley (1656-1742) posaria ordre en aquest caos, en assenyalar un període determinat (de 76 anys) per a la recurrència de, si més no, un d’aquests cometes: així, el Gran Cometa de 1682 hauria d’aparèixer amb una trajectòria similar el 1759. Halley reeixí i, després d’ell, hom ha pogut calcular l’òrbita de 221 cometes. En mig del caos, l’ordre. El nucli cometari segueix una òrbita ben excèntrica al voltant del Sol i és en apropar-se a l’astre major, que el vent solar arrossega els seus elements volàtils per formar una cabellera, primer, i una cua, després. En allunyar-se de nou del Sol, la cua i la cabellera desapareixen, i el nucli torna a pujar a les foscúries del Sistema Solar Exterior. Però el nucli cometari, una bola de neu bruta al capdavall, ha perdut material en l’empresa. A cada bugada, perd un llençol i, després de desenes, centenars o milers d’òrbites, ha de quedar extingit, incapacitat de generar cabelleres i cues cometàries: esdevé un ex-cometa. D’aquesta forma la recurrència dels cometes postulada per Halley té un límit. Cometes nous han de substituir contínuament els cometes antics, ja extingits. Per explicar l’origen d’aquests cometes nous, Jan Oort (1900-1992) va postular el 1950 l’existència, en els confins del Sistema Solar, d’un eixam de microplanetes de glaç que, davant de pertorbacions gravitatòries, poden caure cap al Sistema Solar Interior i esdevindre cometes. La qüestió de les pertorbacions gravitatòries responsables d’aquesta caiguda ha mogut molta tinta. Hom ha parlat d’interferències gravitatòries d’estels passavolants o, fins i tot, de l’acció d’un nan bru que, encara més enllà del núvol d’Oort, orbita el nostre Sol. En un article recent a Science, però, Nathan A. Kaib i Thomas Quinn, de la University of Washington, de Seattle, consideren que les pertorbacions gravitatòries es produeixen essencialment per interaccions entre els propis microplanetes d’Oort. El model que presenten vol mostrar d’una forma acurada aquest metabolisme de producció, circulació i extinció dels cometes, i com aquest metabolisme pot afectar (o no), per exemple, l’evolució de la biosfera terrestre.
En qüestió de 42 hores, el 23-24 d’octubre, el nucli cometari Holmes es desvetllà com a cometa. La seva òrbita al voltant del Sol es compleix cada set anys. No obstant la lluentor adquirida pel cometa a cada pas és molt variable. El 1892 fou observat per primera vegada, i en els passos de 1900 i 1906 se l’observà, però amb molta menys força. Després de 1906 ja no se’l va poder veure, fins que el 1964 uns millors telescopis el van poder detectar. El pas del 2007 va ser molt lluminós, molt més i tot que el del 1892. Casos com el del cometa Holmes ens recorden que la formació periòdica de la cabellera i de la cua cometàries quan el nucli cometari s’apropa al Sistema Solar Interior són fenòmens complexos i variables que depenen de la interacció entre el vent solar i la dinàmica de materials de la superfície del nucli cometari.
La producció dels cometes
Els nuclis cometaris són, en la definició de Fred Whipple (1906-2004), “boles de nou brutes”. Hi ha, qui ho matisa, però, i diu que són “boles de brutícia glaçades”. En essència hi ha tres fases bàsiques en la composició d’un nucli cometari: la fase rocallosa (feta de metalls i, en menor mesura, silicats), la fase polsegosa (feta de silicats i, en menor mesura, de material carbonaci i d’altres substàncies) i la fase de glaç (fonamentalment, de glaç d’aigua). A més, el nucli cometari conté material volàtil glaçat: glaç sec (de CO2), monòxid de carboni (CO), metà (CH4), amoni (NH3), etc. Entre els components menors trobem una plèade de molècules: per exemple, l’àcid cianhídric (HCN). La distribució del material volàtil en el nucli cometari és la que determina la formació posterior de fumaroles que generaran la cabellera i la cua cometàries.
En essència, un nucli cometari és un planetoide o asteroide (o un microplaneta) amb una gruixuda escorça de glaç. Les seves dimensions poden variar de 100 metres de diàmetre fins a 40 km.
El nucli cometari Tempel 1, fotografiat pel mòdul Deep Impact, 5 minuts abans de colisionar-hi.
D’acord amb la teoria d’Oort, el reservori de nuclis cometaris es troba en la perifèria del Sistema Solar. Des de 1950 i, en especial, en les darreres dècades, la teoria inicial ha estat profundament revisada i ampliada.
Fa uns 4.600 milions d’anys, una porció d’un dels nombrosos núvols moleculars gegants de la Via Làctia va assolir una densitat prou gran com per col·lapsar gravitatòriament en un disc protoestel·lar. En el centre del disc, la major part de la massa, convergia per formar el nostre Sol. En la perifèria del disc, madurava un disc protoplanetari o pròplid. El material del núvol molecular gegant originari consistia, fonamentalment, en hidrogen i heli (98% de la massa). Entre les substàncies minoritàries, a banda de metalls, silicats, etc., hi ha l’aigua (H2O). En la part interna del disc protoplanetari, l’aigua es troba en estat gasós i es comporta com la resta de materials volàtils. En la part perifèrica, però, l’aigua es troba en estat de glaç. D’aquesta forma, els protoplanetoides de la perifèria tenen, en la seva superfície, un contingut més o menys elevat de glaç. Així doncs, en la part interna del Sistema Solar, es formen planetes rocallosos. En la part externa del Sistema Solar es formen planetes gegants. La majoria dels microplanetes de glaç es fusionaren en els quatre planetes gegants, Júpiter, Saturn, Neptú i Urà. Els que no ho feren foren majoritària expel·lits a òrbites més allunyades.
En l’actualitat, tot el material situat més enllà de l’òrbita de Neptú rep el nom col·lectiu d’objecte trans-neptunià. En general, hom distingeix tres agrupacions:
– cinyell de Kuiper: comprèn una sèrie de mesoplanetes i microplanetes que orbiten a 4,5-8,3·1011 m del Sol, en el pla general del Sistema Solar. Entre els més grans, hi ha Plutó, Haumea i Makemake.
– disc escampat: comprèn una sèrie de mesoplanetes i microplanetes, que orbiten a més de 4,5·1011 m del Sol, en òrbites d’alta excentricitat i que segueixen una alta inclinació respecte del pla general del Sistema Solar.
– núvol d’Oort: els microplanetes o mesoplanetes del núvol d’Oort foren expulsats a distàncies més grans, típicament de l’ordre de 7·1014 m respecte el Sol. Part del material forma un disc intern, l’anomenat disc de Hills, i la resta forma una corona exterior al voltant del Sol.
Esquema de les relacions entre el núvol d’Oort, el núvol de Hills, el disc escampat i el cinyell de Kuiper
Els diferents compartiments trans-neptunians es troben relacionats. Interaccions gravitatòries dels objectes del disc escampat amb els planetes gegants (fonamentalment, Neptú) els poden dur a ser expel·lits cap al núvol d’Oort. En direcció contrària, objectes del núvol d’Oort i del disc escampat poden “tornar” a caure cap a les parts internes del Sistema Solar. En les etapes inicials del Sistema Solar (en els primers 800 milions d’anys), l’escampament era superior a la “recaiguda”, però en l’actualitat el núvol d’Oort perdria progressivament material.
Quan un microplaneta del núvol d’Oort o del disc escampat pateix una caiguda orbital, adopta una òrbita molt més excèntrica, que el du a penetrar en l’òrbita de Neptú i, normalment, a creuar també les òrbites dels altres tres planetes gegants. En creuar l’òrbita de Júpiter, la interacció amb el vent solar es fa més forta i és així com desenvoluparà cabellera i cua. La cabellera i cua es perdran de nou quan abandoni el Sistema Solar Interior. No obstant, a partir de llavors hom ja pot incloure aquest microplaneta en el llistat de cometes.
D’aquesta forma, Kaib i Quinn es refereixen al “núvol d’Oort” com un “enorme reservori de cossos glaçats”. La caiguda d’un d’aquests cossos glaçats cap al Sistema Solar interior equival a la “producció d’un cometa de període llarg”. En la definició de Kaib i Quinn la caiguda orbital consisteix en creuar l’òrbita de Júpiter (situada a 7,5·1010 m del Sol). Per a Kaib i Quinn el núvol d’Oort és una important font de cometes de període llarg i, potser, la més important (una altra font es trobaria en el mateix disc escampat). N’hi hauria prou amb les interaccions gravitatòries entre els objectes del núvol d’Oort per produir les “caigudes gravitatòries”, és a dir que no caldria l’acció gravitatòria de cossos aliens al núvol d’Oort.
En el seu model posen particular atenció en la part interna del núvol d’Oort (l’anomenat núvol de Hills). És des d’aquesta zona on es poden produir les anomenades “pluges de cometes”, és a dir la formació simultània d’un gran nombre de cometes. Diferents teories havien considerat que una recurrència en la formació de “pluges de cometes” podria explicar, per exemple, el caràcter periòdic dels grans períodes d’extinció que ha viscut la biosfera terrestre. No obstant, Kraig i Quinn posen de manifest que el núvol intern d’Oort té una densitat insuficient com per generar tantes “pluges de cometes”. Així, en els darrers 500 milions d’anys, únicament hi haurà hagut una pluja cometària, la corresponent al Bombardeig de l’Eocè tardà (de fa uns 35 milions d’anys), la qual en ella mateixa no tingué un impacte inusitat en la biosfera terrestre. Això no vol dir que els grans períodes d’extinció no hagin estat contribuïts per impactes, però més aviat per asteroides que no pas per cometes.
La circulació dels cometes
Inicialment, un “nou cometa” del núvol d’Oort ingressa en el club dels anomenats cometes de període llarg. Aquests cometes segueixen una òrbita de període superior als 200 anys.
Els cometes que tenen períodes orbitals inferiors als 200 anys reben la denominació de “cometes de període curt”. Alguns objectes del disc escampat poden directament, en caure per primera vegada al Sistema Solar interior, donar lloc a “cometes de període curt”. Alternativament, un “cometa de període llarg” pot veure escurçada la seva òrbita i transformar-se així en un “cometa de període curt”.
Entre els cometes de període curt, hom distingeix:
– els cometes de la família Halley, amb períodes de 20 a 200 anys (el cas paradigmàtic és el del cometa Halley, amb un període orbital de 76 anys)
– els cometes de la família Júpiter, amb períodes inferiors als 20 anys. Es diuen així pel fet que, dels planetes gegants, únicament arriben a creuar, per part de la fora, l’òrbita de Júpiter. N’hi ha casos extrems, com el del cometa Encke, que tenen períodes orbitals de 3 anys, i que ni tan sols arriben a creuar l’òrbita de Júpiter. En aquest cas, tenim cometes situats permanentment en el Sistema Solar interior, i sotmesos, doncs, a un desgast superior. Alguns d’aquests cometes tenen òrbites relativament circulars, i es troben de forma permanent en el cinyell de Piazzi (entre les òrbites de Mart i Júpiter): durant bona part o, fins i tot, tota la seva òrbita mostren activitat cometària.
La llegenda diu que el primer Papa Borja, Calixte III, excomunicà el Gran Cometa del 1456 (és a dir, una de les aparicions del cometa Halley). No obstant, no n’hi ha proves documentals directes, per bé que la tradició ha parlat d’una rogativa papal que demanava al Senyor que ens lliurés de la pesta, del turc i del cometa
L’extinció dels cometes
Alguns cometes no deuen passar de la primera òrbita. La primera caiguda en el Sistema Solar interior segueix una el·lipse ben tancada i, per tant, l’objecte es veu sotmès a una considerable acceleració. Bé en la primera òrbita o en una de les següents, pot veure la seva trajectòria pertorbada per l’acció gravitatòria d’algun planeta, particularment Júpiter. Aquesta interacció pot transformar l’el·lipse gravitatòria en una paràbola o una hipèrbola que ja no es tancarà. El nucli cometari serà expel·lit del Sistema Solar. Si això passa a la primera caiguda, parlaríem de “cometa d’aparició única”. Impròpiament, però, de vegades es parla de “cometa d’aparició única” per referir-se a cometes de període molt llarg dels quals no s’ha pogut determinar l’òrbita o que es consideren d’òrbita encara molt inestable. Un cometa expel·lit del Sistema Solar manté la seva potencialitat cometària: però si no entra mai en cap altre sistema estel·lar (i això és enormement improbable) restarà com un microplaneta glaçat interestel·lar.
De vegades, la pertorbació gravitatòria amb Júpiter o un altre planeta gegant, produeix canvis orbitals que posen fi a la trajectòria cometària de l’objecte
– el cometa pot canviar la seva òrbita a una de més circular, però situada íntegrament en el Sistema Solar exterior. És el cas dels asteroides centaures, que tenen una coberta glaçada i per tant, potencialment cometària. No obstant, com que orbiten en la zona dels planetes gegants, no poden considerar-se, en general, cometes pròpiament dits (alguns, però, retenen una activitat cometària més o menys pronunciada). Aquesta òrbita no és estable i, si més no en qüestió d’uns pocs milions d’anys, poden patir noves modificacions orbitals que els expel·leixin de nou al disc escampat, que els facin recuperar una òrbita cometària o que siguin capturats per algun planeta gegant.
– si són capturats per un planeta gegant, poden sumar-se a la llista de satèl·lits exteriors (la majoria de satèl·lits exteriors de Júpiter i de Saturn deuen tenir aquest origen).
– de vegades, la captura pot implicar a curt termini l’impacte en el planeta gegant. Fou el cas del cometa Shoemaker-Levy 9 el 1994. Però també poden haver impactes cometaris en els satèl·lits dels planetes gegants o, més rarament, en els planetes rocallosos del sistema solar interior.
D’altres cometes entren en processos de fragmentació en la mateixa òrbita heliocèntrica, bé per dinàmiques internes o per la interacció directa amb el camp gravitatori solar quan són prop de l’astre rei. Fou el cas del cometa West, que el 1976 queia al Sistema Solar intern (possiblement després d’un període orbital de més de 500.000 anys). Després de passar per la distància mínima al Sol va reaparèixer ja, però fragmentat en quatre trossos. En aquest cas, ben bé, no podem parlar d’extinció cometària, ja que on abans hi havia un cometa, ara en tenim quatre. Un altre exemple, més recent, és el del cometa Schwassmann-Wachmann 3, que segueix un període de 5,3 anys, i que el 1995 comença a fragmentar-se. En l’actualitat, encara hom pot parlar de “cometa”, bo i admetent que, per comptes d’un nucli, en té una seixantena.
El cometa Shoemaker-Levy 9 fou capturat pel planeta Júpiter. En òrbita al voltant d’aquest planeta es fragmentà (en la imatge veiem 21 dels fragments). Tots els fragments acabaren per impactar amb l’atmosfera de Júpiter el juliol del 1994.
Parlem de fragmentació cometària, quan del nucli en resulten diversos fragments que, per ells mateixos, tenen la capacitat de contribuir a la cabellera o cua cometària, o bé la capacitat de formar cabelleres pròpies. Si poden formar una cua pròpia, ja parlaríem d’un nou cometa, produït per la partició del cometa patern.
D’altra banda, la cabellera i la cua cometàries, a banda de material volàtil divers (aigua, diòxid de carboni, amoni, metà, etc.), arrossega també material sòlid (roca, pols). Les peces d’aquest material, desprovistes de la part volàtil, no són ja pròpiament nuclis cometaris, sinó que poden rebre la consideració de nanoplanetes (dimensions de pocs milimetres fins a trossos d’alguns metres). Cada cometa deixa una estela de material. Al llarg de la seva òrbita la Terra creua unes quantes d’aquestes esteles de material, i una porció dels nanoplanetes cauen a la Terra en forma de “pluja d’estels fugaços”. Encara que la majoria d’estels fugaços o meteors tenen el seu origen en les esteles de material ex-cometari, la majoria de meteorits (és a dir, les peces que arriben a topar amb la superfície terrestre) no són d’origen cometari sinó asteroidal.
Deixant de banda la possibilitat de desviacions orbitals o d’impactes, el cert és que els cometes són abocats a un lent procés d’extinció. Curiosament, els cometes de període llarg són els que deuen presentar una vida mitjana més curta ja que pateixen un desgast més gran: només un 10% deuen passar més de 50 vegades per les proximitats del Sol, i només un 1% hi passa més de 2000 vegades. De totes formes, es calcula que els cometes de la família de Júpiter tenen una vida mitjana de no pas més de 10.000 anys i que, després, de passar 1.000 vegades per les proximitats del Sol, ja no serven normalment activitat cometària. Hi resta encara, però, en la majoria de casos, un nucli de roca i de pols, gairebé desprovist de glaç i d’altres materials volàtils. Què és un cometa que no fa cabellera ni cua? Un cometa amb un altre nom, ex-cometa, un “cos menor del Sistema Solar” ja sense rang especial. Es calcula que un 6% dels asteroides que creuen l’òrbita de la Terra són ex-cometes.
