Comet Shoemaker–Levy 9
 Skomakare–Levy 9, avbruten komet på kollisionskurs (totalt 21 fragment, tagna i juli 1994) | |
| Upptäckt | |
|---|---|
| Upptäckt av |
Carolyn skomakare Eugene skomakare David Levy |
| Upptäcktsdatum | 24 mars 1993 |
| Orbitala egenskaper | |
| Lutning | 94,2° |
| Fysiska egenskaper | |
Kometen Shoemaker–Levy 9 ( formellt betecknad D/1993 F2 ) bröt isär i juli 1992 och kolliderade med Jupiter i juli 1994, vilket gav den första direkta observationen av en utomjordisk kollision av solsystemobjekt . Detta genererade en stor mängd bevakning i populära media, och kometen observerades noga av astronomer över hela världen. Kollisionen gav ny information om Jupiter och lyfte fram dess möjliga roll för att minska rymdskräp i det inre solsystemet .
Kometen upptäcktes av astronomerna Carolyn och Eugene M. Shoemaker och David Levy 1993. Shoemaker–Levy 9 (SL9) hade fångats av Jupiters gravitation och kretsade kring planeten vid den tiden. Den lokaliserades natten till den 24 mars i ett fotografi taget med 46 cm (18 tum) Schmidt-teleskopet vid Palomar-observatoriet i Kalifornien . Det var den första aktiva kometen som observerades kretsa runt en planet och hade förmodligen fångats av Jupiter cirka 20 till 30 år tidigare.
Beräkningar visade att dess ovanliga splittrade form berodde på ett tidigare närmare närmande till Jupiter i juli 1992. Vid den tiden passerade Shoemaker-Levy 9:s omloppsbana inom Jupiters Roche-gräns , och Jupiters tidvattenkrafter hade verkat för att dra isär kometen. Kometen observerades senare som en serie fragment med en diameter på upp till 2 km (1,2 mi). Dessa fragment kolliderade med Jupiters södra halvklot mellan 16 och 22 juli 1994 med en hastighet av ungefär 60 km/s (37 mi/s) (Jupiters flykthastighet) eller 216 000 km/h (134 000 mph). De framträdande ärren från nedslagen var lättare att se än den stora röda fläcken och kvarstod i många månader.
Upptäckt
Medan Shoemakers och Levy genomförde ett observationsprogram utformat för att avslöja objekt nära jorden , upptäckte Shoemakers och Levy Comet Shoemaker–Levy 9 natten till den 24 mars 1993, i ett fotografi taget med 0,46 m (1,5 fot) Schmidt-teleskopet vid Palomar Observatorium i Kalifornien . Kometen var alltså en otrolig upptäckt, men en som snabbt överskuggade resultaten från deras huvudsakliga observationsprogram.
Comet Shoemaker–Levy 9 var den nionde periodiska kometen (en komet vars omloppstid är 200 år eller mindre) som upptäcktes av Shoemakers and Levy, därav dess namn . Det var deras elfte kometupptäckt totalt, inklusive deras upptäckt av två icke-periodiska kometer, som använder en annan nomenklatur. Upptäckten tillkännagavs i IAU Circular 5725 den 26 mars 1993.
Upptäcktsbilden gav den första antydan om att kometen Shoemaker–Levy 9 var en ovanlig komet, eftersom den verkade visa flera kärnor i ett avlångt område cirka 50 bågsekunder långt och 10 bågsekunder brett. Brian G. Marsden från Central Bureau for Astronomical Telegrams noterade att kometen endast låg cirka 4 grader från Jupiter sett från jorden, och att även om detta kan vara en siktlinjeeffekt, antydde dess uppenbara rörelse på himlen att kometen var fysiskt nära planeten.
Komet med en joviansk bana
Orbitalstudier av den nya kometen avslöjade snart att den kretsade kring Jupiter snarare än solen , till skillnad från alla andra kometer som var kända vid den tiden. Dess omloppsbana runt Jupiter var mycket löst bunden, med en period på cirka 2 år och en apoapsis (den punkt i omloppsbanan längst bort från planeten) på 0,33 astronomiska enheter (49 miljoner kilometer; 31 miljoner miles). Dess bana runt planeten var mycket excentrisk ( e = 0,9986).
Att spåra tillbaka kometens omloppsrörelse visade att den hade kretsat kring Jupiter under en tid. Det är troligt att den fångades från en solomloppsbana i början av 1970-talet, även om fångsten kan ha skett redan i mitten av 1960-talet. Flera andra observatörer hittade bilder av kometen i förtidsbilder som tagits före den 24 mars, inklusive Kin Endate från ett fotografi exponerat den 15 mars, S. Otomo den 17 mars och ett team under ledning av Eleanor Helin från bilder den 19 mars. En bild av kometen på en Schmidt fotografisk platta tagen den 19 mars identifierades den 21 mars av M. Lindgren, i ett projekt som letade efter kometer nära Jupiter. Men eftersom hans team förväntade sig att kometer skulle vara inaktiva eller i bästa fall uppvisa en svag dammkoma, och SL9 hade en märklig morfologi, erkändes dess sanna natur inte förrän det officiella tillkännagivandet 5 dagar senare. Inga precovery-bilder som går tillbaka till tidigare än mars 1993 har hittats. Innan kometen fångades av Jupiter var det troligen en kortperiodisk komet med ett aphelion precis innanför Jupiters bana och en perihelion i asteroidbältet .
Volymen av rymd inom vilken ett objekt kan sägas kretsa kring Jupiter definieras av Jupiters kullesfär . När kometen passerade Jupiter i slutet av 1960-talet eller början av 1970-talet råkade den befinna sig nära dess aphelion och befann sig något inom Jupiter's Hill-sfären. Jupiters gravitation knuffade kometen mot sig. Eftersom kometens rörelse med avseende på Jupiter var mycket liten föll den nästan rakt mot Jupiter, varför den hamnade på en Jove-centrerad bana med mycket hög excentricitet – det vill säga att ellipsen nästan plattades ut.
Kometen hade tydligen passerat extremt nära Jupiter den 7 juli 1992, drygt 40 000 km (25 000 mi) över dess molntoppar - ett mindre avstånd än Jupiters radie på 70 000 km (43 000 mi), och långt inom omloppsbanan om Jupiters innersta. månen Metis och planetens Roche-gräns , inom vilken tidvattenkrafterna är starka nog att störa en kropp som hålls samman endast av gravitationen. Även om kometen hade närmat sig Jupiter nära innan, verkade mötet den 7 juli vara det överlägset närmaste, och fragmenteringen av kometen tros ha inträffat vid denna tidpunkt. Varje fragment av kometen betecknades med en bokstav i alfabetet, från "fragment A" till "fragment W", en praxis som redan etablerats från tidigare observerade fragmenterade kometer.
Mer spännande för planetastronomer var att de bästa orbitalberäkningarna antydde att kometen skulle passera inom 45 000 km (28 000 mi) från Jupiters centrum, ett avstånd mindre än planetens radie, vilket betyder att det fanns en extremt stor sannolikhet att SL9 skulle kollidera med Jupiter i juli 1994. Studier antydde att kärntåget skulle plöja in i Jupiters atmosfär under en period av cirka fem dagar.
Förutsägelser för kollisionen
Upptäckten att kometen sannolikt skulle kollidera med Jupiter orsakade stor spänning inom det astronomiska samfundet och utanför, eftersom astronomer aldrig tidigare hade sett två betydande solsystemkroppar kollidera. Intensiva studier av kometen genomfördes, och när dess omloppsbana blev mer exakt etablerad blev möjligheten för en kollision en säkerhet. Kollisionen skulle ge en unik möjlighet för forskare att titta in i Jupiters atmosfär, eftersom kollisionerna förväntades orsaka utbrott av material från de lager som normalt är gömda under molnen.
Astronomer uppskattade att de synliga fragmenten av SL9 varierade i storlek från några hundra meter (cirka 1 000 fot) till två kilometer (1,2 mi), vilket tyder på att den ursprungliga kometen kan ha haft en kärna upp till 5 km (3,1 mi) tvärs över— något större än kometen Hyakutake , som blev mycket ljus när den passerade nära jorden 1996. En av de stora debatterna inför nedslaget var om effekterna av nedslaget av så små kroppar skulle vara märkbara från jorden, förutom en blixt när de sönderföll som gigantiska meteorer . Den mest optimistiska förutsägelsen var att stora, asymmetriska ballistiska eldklot skulle stiga över Jupiters lem och in i solljus för att vara synliga från jorden. Andra föreslagna effekter av nedslagen var seismiska vågor som färdades över planeten, en ökning av stratosfärisk dis på planeten på grund av damm från nedslagen och en ökning av massan av det jovianska ringsystemet . Men med tanke på att observationen av en sådan kollision var helt oöverträffad, var astronomer försiktiga med sina förutsägelser om vad händelsen kan avslöja.
Effekter
Förväntningarna växte när det förutspådda datumet för kollisionerna närmade sig, och astronomer tränade terrestra teleskop på Jupiter. Flera rymdobservatorier gjorde samma sak, inklusive rymdteleskopet Hubble , ROSAT -röntgenobservationssatelliten , WM Keck-observatoriet och rymdfarkosten Galileo , då på väg till ett möte med Jupiter planerat till 1995. Även om nedslagen ägde rum på sidan av Jupiter gömd från jorden kunde Galileo , då på ett avstånd av 1,6 AU (240 miljoner km; 150 miljoner mi) från planeten, se nedslagen när de inträffade. Jupiters snabba rotation gjorde att nedslagsplatserna kunde ses för marklevande observatörer några minuter efter kollisionerna.
Två andra rymdsonder gjorde observationer vid tidpunkten för nedslaget: rymdfarkosten Ulysses , främst designad för solobservationer , pekade mot Jupiter från sin plats 2,6 AU (390 miljoner km; 240 miljoner mi) bort, och den avlägsna Voyager 2 -sonden, cirka 44 AU (6,6 miljarder km; 4,1 miljarder mi) från Jupiter och på väg ut ur solsystemet efter mötet med Neptunus 1989, programmerades att leta efter radioemission i intervallet 1–390 kHz och göra observationer med dess ultraviolett spektrometer.
Astronomen Ian Morison beskrev effekterna som följande:
Det första nedslaget inträffade klockan 20:13 UTC den 16 juli 1994, när fragment A av [kometens] kärna slog in i Jupiters södra halvklot i cirka 60 km/s (35 mi/s). Instrument på Galileo upptäckte ett eldklot som nådde en topptemperatur på cirka 24 000 K (23 700 °C; 42 700 °F), jämfört med den typiska jovianska molntoppstemperaturen på cirka 130 K (−143 ° C; −226 °F). Den expanderade sedan och kyldes snabbt till cirka 1 500 K (1 230 °C; 2 240 °F). Plymen från eldklotet nådde snabbt en höjd av över 3 000 km (1 900 mi) och observerades av HST.
Några minuter efter att eldklotet upptäcktes, mätte Galileo förnyad uppvärmning, troligen på grund av att material som sprutats ut faller tillbaka på planeten. Jordbaserade observatörer upptäckte eldklotet som stiger över planetens lem kort efter det första nedslaget.
Trots publicerade förutsägelser hade astronomer inte förväntat sig att se eldkloten från nedslagen och hade ingen aning om hur synliga de andra atmosfäriska effekterna av nedslagen skulle vara från jorden. Observatörer såg snart en enorm mörk fläck efter det första nedslaget; fläcken var synlig från jorden. Denna och efterföljande mörka fläckar ansågs ha orsakats av skräp från nedslagen och var markant asymmetriska och bildade halvmåneformer framför islagsriktningen.
Under de kommande sex dagarna observerades 21 distinkta nedslag, varav den största kom den 18 juli klockan 07:33 UTC när fragment G träffade Jupiter. Denna påverkan skapade en gigantisk mörk fläck över 12 000 km eller 7 500 mi (nästan en jorddiameter ) i diameter, och uppskattades ha släppt ut en energi motsvarande 6 000 000 megaton TNT (600 gånger världens kärnvapenarsenal). Två nedslag med 12 timmars mellanrum den 19 juli skapade nedslagsmärken av liknande storlek som de som orsakades av fragment G, och nedslagen fortsatte till den 22 juli, då fragment W träffade planeten.
Observationer och upptäckter
Kemiska studier
Observatörer hoppades att nedslagen skulle ge dem en första glimt av Jupiter under molntopparna, eftersom lägre material exponerades av kometfragmenten som slog igenom den övre atmosfären. Spektroskopiska studier avslöjade absorptionslinjer i det jovianska spektrumet på grund av diatomiskt svavel (S 2 ) och koldisulfid (CS 2 ), den första upptäckten av antingen Jupiter, och endast den andra upptäckten av S 2 i något astronomiskt objekt . Andra detekterade molekyler inkluderade ammoniak (NH3 ) och vätesulfid (H2S ) . Mängden svavel som antyddes av mängderna av dessa föreningar var mycket större än den mängd som skulle förväntas i en liten kometkärna, vilket visar att material från Jupiter avslöjades. Syrehaltiga molekyler som svaveldioxid upptäcktes inte, till astronomernas förvåning.
Förutom dessa molekyler upptäcktes utsläpp från tunga atomer som järn , magnesium och kisel , med överflöd i överensstämmelse med vad som skulle hittas i en kometkärna. Även om en betydande mängd vatten upptäcktes spektroskopiskt, var det inte så mycket som förutspått, vilket betyder att antingen vattenskiktet som troddes finnas under molnen var tunnare än förutspått, eller att kometfragmenten inte penetrerade tillräckligt djupt.
Vågor
Som förutspått genererade kollisionerna enorma vågor som svepte över Jupiter med hastigheter på 450 m/s (1 476 ft/s) och observerades i över två timmar efter de största nedslagen. Vågorna ansågs färdas inom ett stabilt lager som fungerar som en vågledare , och vissa forskare trodde att det stabila lagret måste ligga inom det hypotesiska troposfäriska vattenmolnet. Emellertid verkade andra bevis tyda på att kometfragmenten inte hade nått vattenlagret, och att vågorna istället fortplantade sig inom stratosfären .
Andra observationer
Radioobservationer avslöjade en kraftig ökning av kontinuumemissionen vid en våglängd på 21 cm (8,3 tum) efter de största nedslagen, som nådde en topp på 120% av det normala utsläppet från planeten. Detta ansågs bero på synkrotronstrålning , orsakad av injiceringen av relativistiska elektroner - elektroner med hastigheter nära ljusets hastighet - i den jovianska magnetosfären av nedslagen.
Ungefär en timme efter att fragment K kom in i Jupiter, registrerade observatörer norrskens emission nära nedslagsområdet, såväl som vid nedslagsplatsens antipod med avseende på Jupiters starka magnetfält . Orsaken till dessa utsläpp var svår att fastställa på grund av bristande kunskap om Jupiters inre magnetfält och om nedslagsplatsernas geometri. En möjlig förklaring var att uppåtaccelererande stötvågor från stöten accelererade laddade partiklar tillräckligt för att orsaka norrskensutsläpp, ett fenomen som mer typiskt förknippas med snabbrörliga solvindspartiklar som träffar en planetarisk atmosfär nära en magnetisk pol .
Vissa astronomer hade föreslagit att nedslagen kan ha en märkbar effekt på Io torus , en torus av högenergipartiklar som förbinder Jupiter med den mycket vulkaniska månen Io . Spektroskopiska studier med hög upplösning fann att variationer i jondensitet, rotationshastighet och temperaturer vid tidpunkten för nedslaget och efteråt var inom de normala gränserna.
Voyager 2 misslyckades med att upptäcka något med beräkningar som visade att eldkloten låg strax under farkostens detektionsgräns; inga onormala nivåer av UV-strålning eller radiosignaler registrerades efter sprängningen. Ulysses misslyckades heller med att upptäcka några onormala radiofrekvenser.
Analys efter påverkan
Flera modeller utarbetades för att beräkna densiteten och storleken på Shoemaker–Levy 9. Dess genomsnittliga densitet beräknades till cirka 0,5 g/cm 3 ( 0,018 lb/cu in); splittringen av en mycket mindre tät komet skulle inte ha liknat den observerade strängen av föremål. Storleken på moderkometen beräknades vara cirka 1,8 km (1,1 mi) i diameter. Dessa förutsägelser var bland de få som faktiskt bekräftades av efterföljande observationer.
En av överraskningarna med effekterna var den lilla mängd vatten som avslöjades jämfört med tidigare förutsägelser. Före nedslaget hade modeller av Jupiters atmosfär indikerat att sönderdelningen av de största fragmenten skulle ske vid atmosfärstryck på allt från 30 kilopascal till några tiotals megapascal (från 0,3 till några hundra bar ), med vissa förutsägelser att komet skulle penetrera ett lager av vatten och skapa ett blåaktigt hölje över den regionen av Jupiter.
Astronomer observerade inte stora mängder vatten efter kollisionerna, och senare nedslagsstudier fann att fragmentering och förstörelse av kometfragmenten i en luftsprängning med meteorer troligen inträffade på mycket högre höjder än tidigare förväntat, med även de största fragmenten som förstördes när trycket nådde 250 kPa (36 psi), långt över det förväntade djupet av vattenskiktet. De mindre fragmenten förstördes förmodligen innan de ens nådde molnskiktet.
Långsiktiga effekter
De synliga ärren från nedslagen kunde ses på Jupiter i många månader. De var extremt framträdande, och observatörer beskrev dem som mer lätt synliga än den stora röda fläcken . En sökning av historiska observationer avslöjade att fläckarna förmodligen var de mest framträdande övergående särdragen som någonsin setts på planeten, och att även om den stora röda fläcken är anmärkningsvärd för sin slående färg, finns inga fläckar av storleken och mörkret som de som orsakats av SL9-nedslagen någonsin har spelats in förut eller sedan.
Spektroskopiska observatörer fann att ammoniak och koldisulfid fanns kvar i atmosfären i minst fjorton månader efter kollisionerna, med en betydande mängd ammoniak i stratosfären i motsats till dess normala placering i troposfären.
Motintuitivt sjönk atmosfärstemperaturen till normala nivåer mycket snabbare vid de större nedslagsplatserna än på de mindre platserna: vid de större nedslagsplatserna höjdes temperaturen över en region 15 000 till 20 000 km (9 300 till 12 400 mi) bred, men sjönk tillbaka till normala nivåer inom en vecka efter påverkan. På mindre platser kvarstod temperaturer 10 K (18 °F) högre än omgivningen i nästan två veckor. Den globala stratosfärens temperatur steg omedelbart efter nedslagen, föll sedan till under temperaturen före kollisionen 2–3 veckor efteråt, innan de långsamt steg till normala temperaturer.
Frekvens av stötar
SL9 är inte unik i att ha kretsat runt Jupiter under en tid; fem kometer, (inklusive 82P/Gehrels , 147P/Kushida–Muramatsu och 111P/Helin–Roman–Crockett ) är kända för att ha tillfälligt fångats av planeten. Kometbanor runt Jupiter är instabila, eftersom de kommer att vara mycket elliptiska och sannolikt kommer att störas kraftigt av solens gravitation vid apojove (den längsta punkten på omloppsbanan från planeten).
Den i särklass mest massiva planeten i solsystemet , Jupiter kan fånga objekt relativt ofta, men storleken på SL9 gör det till en sällsynthet: en studie efter nedslaget uppskattade att kometer med en diameter på 0,3 km (0,19 mi) träffar planeten en gång på ungefär 500 år och de 1,6 km (1 mi) i diameter gör det bara en gång vart 6 000:e år.
Det finns mycket starka bevis för att kometer tidigare har splittrats och kolliderat med Jupiter och dess satelliter. Under Voyager-uppdragen till planeten identifierade planetariska forskare 13 kraterkedjor på Callisto och tre på Ganymedes , vars ursprung ursprungligen var ett mysterium. Kraterkedjor som ses på månen strålar ofta ut från stora kratrar och tros vara orsakade av sekundära effekter av den ursprungliga utstötningen, men kedjorna på de jovianska månarna ledde inte tillbaka till en större krater. Effekten av SL9 antydde starkt att kedjorna berodde på tåg av störda kometfragment som kraschade in i satelliterna.
Effekten av den 19 juli 2009
Den 19 juli 2009, exakt 15 år efter SL9:s nedslag, dök en ny svart fläck ungefär lika stor som Stilla havet upp på Jupiters södra halvklot. Termiska infraröda mätningar visade att nedslagsplatsen var varm och spektroskopisk analys upptäckte produktionen av överskott av het ammoniak och kiseldioxidrikt damm i de övre delarna av Jupiters atmosfär. Forskare har kommit fram till att en annan nedslagshändelse hade inträffat, men den här gången var ett mer kompakt och starkare föremål, förmodligen en liten oupptäckt asteroid, orsaken.
Jupiters roll i skyddet av det inre solsystemet
Händelserna i SL9:s interaktion med Jupiter framhävde i hög grad Jupiters roll i att skydda de inre planeterna från både interstellärt skräp och skräp i systemet genom att fungera som en "kosmisk dammsugare" för solsystemet ( Jupiterbarriären ) . Planetens starka gravitationsinflytande lockar till sig många små kometer och asteroider och graden av kometnedslag på Jupiter tros vara mellan 2 000 och 8 000 gånger högre än hastigheten på jorden.
Utrotningen av icke-fågeldinosaurierna i slutet av kritaperioden tros allmänt ha orsakats av krita-paleogen-nedslagshändelsen, som skapade Chicxulub-kratern , vilket visar att kometnedslag verkligen är ett allvarligt hot mot livet på jorden. Astronomer har spekulerat i att utan Jupiters enorma gravitation, skulle utrotningshändelser ha varit vanligare på jorden och komplext liv kanske inte hade kunnat utvecklas. Detta är en del av argumentet som används i Rare Earth-hypotesen .
2009 visades det att närvaron av en mindre planet vid Jupiters position i solsystemet kan öka kometernas nedslagshastighet på jorden avsevärt. En planet med Jupiters massa verkar fortfarande ge ökat skydd mot asteroider, men den totala effekten på alla orbitala kroppar inom solsystemet är oklar. Denna och andra nya modeller ifrågasätter arten av Jupiters inflytande på jordens nedslag.
Se även
- Lista över Jupiter-händelser
- Händelser som påverkar Jupiter
- Jupiters atmosfär
- 73P/Schwassmann–Wachmann , en jordnära komet som håller på att sönderfalla
Anteckningar
Bibliografi
- Chodas PW och Yeomans DK (1996), The Orbital Motion and Impact Circumstances of Comet Shoemaker–Levy 9 , i The Collision of Comet Shoemaker–Levy 9 and Jupiter , redigerad av KS Noll, PD Feldman och HA Weaver, Cambridge University Press , s. 1–30
- Chodas PW (2002), Communication of Orbital Elements to Selden E. Ball, Jr. Åtkomst 21 februari 2006
externa länkar
- Första Comet Shoemaker-Levy 9-webbplatsen som samlade in foton som skickats in från observatorier runt om i världen och från rymdfarkosten Galileo, kurerad av Ron Baalke, mjukvaruingenjör för Jet Propulsion Laboratory
- Comet Shoemaker–Levy 9 FAQ
- Comet Shoemaker–Levy 9 Fotogalleri
- Nedladdningsbar gif-animation som visar tidsförlopp för påverkan och storlek i förhållande till jordstorlek
- Comet Shoemaker-Levy 9 Dan Bruton, Texas A&M University
- Jupiter Swallows Comet Shoemaker Levy 9 APOD: 5 november 2000
- Comet Shoemaker–Levy kollision med Jupiter
- Information om National Space Science Data Center
- Simulering av SL-9:s omloppsbana som visar passagen som fragmenterade kometen och kollisionen 2 år senare
- Interaktiv rymdsimulator som inkluderar exakt 3D-simulering av Shoemaker Levy 9-kollisionen
- Shoemaker-Levy 9 Jupiter Impact Observing Campaign Archive på NASA Planetary Data System, Small Bodies Node
.png)
| Geografi |  |
||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Månar |
|
||||||||
| Astronomi |
|
||||||||
|
Utforsknings- och omloppsuppdrag |
|
||||||||
| Relaterad | |||||||||
| Allmän | |
|---|---|
| Nationalbibliotek | |
