D / 1993 F2 (Shoemaker-Levy)
D / 1993 F2 (Shoemaker-Levy)Sklon | 94,23333 ° |
---|
Průměr jádra | 1,8 km |
---|
Objevitelé | Carolyn S. Shoemaker , Eugene M. Shoemaker , David H. Levy , Philippe Bendjoya |
---|---|
Datováno | 24. března 1993 |
Označení | D / 1993 F2 |
Shoemaker-Levy 9 , oficiálně označený D / 1993 F2 (Shoemaker-Levy) a někdy zkráceně SL9 , je kometa, která se rozpadla během svého přiblížení k planetě Jupiter a poté se s ní srazila mezi 16. a22. července 1994. Poskytlo první přímé pozorování srážky mimo Zemi mezi dvěma objekty sluneční soustavy . To vyvolalo hodně medializace a kometa byla pozorována těsně podle astronomů z celého světa. Srážka přinesla nové informace o Jupiteru a zdůraznila jeho roli při snižování vesmírného odpadu ve sluneční soustavě.
Kometu objevili američtí astronomové Carolyn a Eugene Shoemakerovi , Quebecer David Levy a Francouz Philippe Bendjoya ; je to devátá kometa objevená spoluprací mezi Shoemakerem a Davidem Levym . Kometa je spatřena v noci 24. března 1993Na fotografie pořízené s Schmidt teleskopem o 40 centimetrů na observatoři Palomar v Kalifornii . Je to první kometa pozorovaná na oběžné dráze kolem planety a planeta ji pravděpodobně zachytila před 20 až 30 lety.
Výpočty ukázaly, že neobvyklý fragmentovaný tvar komety souvisí s předchozí pasáží poblíž Jupiteru v červenci 1992 . V této době oběžná dráha komety Shoemaker-Levy 9 překračuje Rocheovu hranici Jupitera a slapové síly Jupitera působí tak, že kometu rozdělí na různé části. Následně je pozorován jako série fragmentů do průměru 2 km . Tyto fragmenty kolidují s jižní polokoulí Jupitera mezi 16. a 30. lednem22. července 1994při rychlosti asi 60 kilometrů za sekundu . Během této události jsou významné „jizvy“ zanechané dopady fragmentů viditelnější než slavná Velká rudá skvrna a přetrvávají několik měsíců.
Astronomové Carolyn S. Shoemaker , Eugene M. Shoemaker , David H. Levy a Philippe Bendjoya (mladý francouzský student) objevili kometu Shoemaker-Levy 9 v noci24. března 1993protože vedou program pozorování zaměřený na objevování objektů blízko Země . Kometa se objevuje na fotografii pořízené 0,4m Schmidtovým dalekohledem z observatoře Mount Palomar v Kalifornii. Kometa je tedy náhodným objevem, ale takovým, který rychle zastíní výsledky jejich hlavního programu pozorování.
Kometa Shoemaker-Levy 9 je devátá periodická kometa (oběžná doba je 200 let nebo méně) objevená Shoemakerem a Levym, proto se jmenuje. Je to jejich jedenáctý objev komet spolu s nálezy dvou neperiodických komet, které používají odlišnou nomenklaturu. Objev je oznámen v oběžníku UAI 5725 dne27. března 1993.
Hned první snímek komety Shoemaker-Levy 9 již naznačuje, že je neobvyklý, protože se zdá, že ukazuje více jader v podlouhlé oblasti dlouhé asi 50 obloukových sekund a široké 10 obloukových sekund. Brian Marsden z ústředí IAU v tuto chvíli napsal, že kometa je jen 4 stupně od Jupiteru, jak je vidět ze Země, a že to vše může být zjevně přímým účinkem přímky, jejíž vlastní pohyb naznačuje, že byl fyzicky blízko obří planety. Z tohoto důvodu předpokládá, že pohyb komety je změněn gravitací Jupitera.
Orbitální studie nové komety odhalily, že obíhá spíše kolem Jupitera než Slunce na rozdíl od všech ostatních komet známých v této době. Jeho oběžná dráha je velmi slabě příbuzná s Jupiterem s dobou asi dvou let a se vzdáleností od Jupitera 0,33 astronomických jednotek. Jeho eliptická dráha kolem planety je silně excentrická (e = 0,9986).
Výpočet orbitálního pohybu komety ukazuje, že již nějakou dobu obíhá kolem Jupitera. To bylo s největší pravděpodobností zachyceno ze sluneční oběžné dráhy na začátku sedmdesátých let, ačkoli k zachycení mohlo dojít již v polovině šedesátých let. Ostatní pozorovatelé našli snímky komety dříve, než na obrázku24. března, zejména Kin Endate na fotografii vystavené dne15. března, Satoru Ōtomo le17. březnastejně jako tým vedený Eleanor Helin ze snímků pocházejících z19. března. Žádný obrázek před měsícemBřezen 1993nebyl nalezen. Předtím, než kometu zachytil Jupiter, se pravděpodobně jednalo o kometu krátkého období s aphelií těsně uvnitř oběžné dráhy Jupitera a perihelion uvnitř pásu asteroidů .
Objem prostoru, ve kterém je objekt považován za obíhající kolem Jupiteru, je definován sférou Jupitera Hilla (nebo Rocheho koule) s poloměrem 50,6 milionů kilometrů (0,338 AU). Když kometa prochází blízko Jupiteru koncem šedesátých nebo začátkem sedmdesátých let, nachází se blízko svého aphelionu a poté je mírně v sféře Jupiterova kopce. Velká gravitace Jupitera žene kometu směrem k planetě. Vzhledem k velmi malému posunu komety vzhledem k Jupiteru míří téměř přímo k planetě, a proto se pohybuje na oběžné dráze silné excentricity (elipsa je proto téměř zploštělá).
Kometa zřejmě prošla velmi blízko Jupiteru 7. července 1992, jen něco málo přes 40 000 km od vrcholů mraků planety - vzdálenost menší než poloměr Jupitera, která je asi 70 000 km a na oběžné dráze Métis , měsíc nejblíže k Jupiteru, stejně jako hranice Roche planety, v níž jsou slapové síly dostatečně silné, aby dezorganizovat nebo roztrhnout kometu, udržováno pouze gravitací. Ačkoli se kometa v minulosti přiblížila k Jupiteru, setkání planety7. červencese zdá být zdaleka nejblíže a v tuto chvíli pravděpodobně dochází k fragmentaci komety. Každý fragment komety je označen písmenem abecedy od fragmentu A po fragment W, což je metoda již dříve používaná pro fragmentované komety.
Zajímavostí pro planetární astronomy je, že nejlepší orbitální řešení ukazují, že kometa projde 45.000 km od centra Jupiter, vzdálenost menší než poloměr planety, což znamená, že je zde vysoká pravděpodobnost, že Shoemaker-Levy 9 srazí s Jupiter v měsíciČervenec 1994. Studie také naznačují, že série fragmentů musí aktivně vstupovat do atmosféry Jupitera po dobu přibližně pěti dnů.
Objev komety, která by se mohla srazit s Jupiterem, způsobuje v astronomické komunitě i mimo ni velké zmatky, protože astronomové nikdy předtím neviděli dvě hlavní tělesa ve sluneční soustavě. Probíhá mnoho studií komety a jak se její oběžná dráha vyjasňuje, možnost kolize se stává jistotou. Kolize musí být pro vědce jedinečnou příležitostí pozorovat vnitřek Jupiterovy atmosféry, protože se předpokládá, že srážky způsobí erupce hmoty z vrstev atmosféry, které jsou obvykle skryty mraky.
Astronomové odhadují, že viditelné fragmenty komety se pohybují v průměru od několika set metrů do několika kilometrů, což naznačuje, že kometa při svém vzniku mohla mít jádro více než 5 km ze strany na stranu, ve srovnání je o něco větší než kometa Hyakutake , která se stala velmi jasnou, když prošla blízko Země v roce 1996. Jednou z debat, které srážce předcházely, je vědět, zda budou dopady těchto malých těles viditelné ze Země, kromě blesku když se rozpadnou jako obří meteory. Někteří naznačují, že účinky nárazů budou mít za následek šíření seismických vln po celé planetě, zvýšení stratosférického oparu na planetě v důsledku prachu uvolněného během nárazu a zvýšení hmotnosti prstenců Jupitera . Ale protože pozorování takové srážky je dosud bezprecedentní, jsou astronomové při předpovědích účinků během této události opatrní.
S blížícím se očekávaným datem kolizí roste netrpělivost a astronomové připravili své pozemské dalekohledy pro pozorování Jupitera. Několik vesmírných observatoří dělá totéž, včetně kosmického dalekohledu Hubble , německé družice Rosat pro pozorování v rentgenových paprskech a zejména vesmírné sondy Galileo , zatímco jsou na cestě k setkání s Jupiterem naplánovaným na rok 1995. Dopady se vyskytují na straně Jupitera , tvář, která není viditelná ze Země, ale kterou je schopna vidět sonda Galileo umístěná ve vzdálenosti 1,6 AU od planety. Navíc rychlá rotace Jupitera (o něco méně než 10 hodin) umožňuje ukázat místa dopadu pozemským pozorovatelům jen několik minut po srážce.
V době nárazu provádějí pozorování také dva další satelity: kosmická sonda Ulysses , původně navržená pro sluneční pozorování, je orientována na Jupiter ze své vzdálené polohy 2,6 AU a vzdálená sonda Voyager 2 umístěná ve vzdálenosti 44 AU od Jupitera, který se chystá opustit sluneční soustava po svém setkání s Neptunem v roce 1989 plánuje zaznamenat rozhlasové vysílání v rozsahu 1 až 390 kHz .
První dopad nastane na 16. července 1994ve 20 h 13 UTC , kdy fragment zasáhne jižní polokouli Jupitera rychlostí asi 60 km / s . Přístroje na palubě sondy Galileo poté detekují ohnivou kouli, která dosáhne teplotního maxima kolem 24 000 K (zatímco průměrná teplota v horní části Jupiterových mraků je blízká 130 K ), poté se rozšíří a po 40 s teplota rychle poklesne na téměř 1 500 K . Proud ohnivé koule rychle dosáhl výšky přes 3 000 km . Několik minut po detekci ohnivé koule Galileo znovu detekoval nárůst tepla, pravděpodobně související s materiálem vymrštěným po spadu na planetě. Pozemští pozorovatelé mohou detekovat ohnivou kouli, která stoupá nad diskem planety krátce po počátečním nárazu.
Astronomové očekávali, že z nárazů uvidí ohnivé koule, ale nebyli si jisti, zda budou atmosférické účinky nárazů viditelné ze Země. Pozorovatelé poté vidí, že se po prvním nárazu objeví obrovská černá skvrna. Tmavá značka je dokonce viditelná malými dalekohledy a táhne se téměř 6 000 km (zhruba poloměr Země ). Tato skvrna a následující tmavé skvrny jsou interpretovány jako účinky úlomků nárazu a jsou výrazně asymetrické a vytvářejí srpky ve směru nárazu.
Během příštích šesti dnů bylo zaznamenáno 21 odlišných dopadů, z nichž nejvýznamnější došlo dne 18. červencena 7 h 33 UTC, když fragment G zasáhl Jupiter. Tento dopad vytváří obrovskou temnou skvrnu o šířce přes 12 000 km a ekvivalentní uvolněná energie se odhaduje na šest teratonů TNT (600krát větší než světový jaderný arzenál). Dva dopady19. července, S 12hodinovým odstupem tvoří nárazové značky podobné velikosti jako značky „fragment G“ a dopady pokračují až do 22. červencekdyž fragment W zasáhne planetu.
Pozorovatelé doufali, že dopady jim poskytnou první pohled na to, co leží pod vrcholy mraků Jupitera, ale fragmenty komety vrhly do horní atmosféry malé množství materiálu. Spektroskopické studie odhalily absorpční linie v jovianském spektru související s disulfurem (S 2) a sirouhlík (CS 2), jejich první detekce na Jupiteru a pouze druhá detekce S 2na nebeském objektu . Jiné molekuly, jsou detekovány jako je amoniak (NH 3) A sirovodík (H 2 S). Množství získané síry je mnohem vyšší, než se očekává v malém kometárním jádru, což ukazuje, že je přítomen materiál z Jupiteru. Molekuly obsahující kyslík, jako je oxid siřičitý , však k překvapení astronomů nejsou detekovány.
Kromě těchto molekul je detekována emise těžkých atomů, jako je železo , hořčík a křemík , v koncentracích kompatibilních s koncentracemi, které lze nalézt v kometárním jádru. Spektroskopií je detekováno významné množství vody, ale méně, než se očekávalo, což znamená, že buď byla vodní vrstva pod mraky a byla tenčí, než se očekávalo, nebo že kometární fragmenty nepronikly dostatečně hluboko. Malé množství vody později potvrdila atmosférická sonda Galileo , která přímo prozkoumala atmosféru Jupitera.
Srážky generují obrovské seismické vlny, které se šíří po celé planetě rychlostí 450 m / s a jsou pozorovány déle než dvě hodiny po nejsilnějším nárazu. Vlny se musí šířit uvnitř stabilní atmosférické vrstvy působící jako vlnovod a někteří vědci se domnívají, že tato stabilní vrstva musí být umístěna v hypotetickém oblaku vody v troposféře . Zdá se však, že další důkazy naznačují, že fragmenty komety nedosáhly vodní vrstvy a místo toho se vlny šíří ve stratosféře .
Rádiová pozorování odhalí prudký nárůst kontinuální emise při vlnové délce 21 cm po hlavních dopadech, která vrcholí na 120% normální emise z planety. To je pravděpodobně způsobeno synchrotronovým zářením způsobeným vstřikováním relativistických elektronů - elektronů s rychlostmi blízkými rychlosti světla - do magnetosféry Jupitera po dopadech.
Asi hodinu po srážce „fragmentu K“ na Jupiteru pozorovatelé zaznamenali aurorální emise v blízkosti zóny nárazu i v antipodu místa nárazu vzhledem k silnému magnetickému poli Jupitera. Původ těchto emisí je obtížné určit kvůli nedostatku znalostí o vnitřním magnetickém poli Jupiteru a geometrii míst nárazu. Jedno vysvětlení naznačuje, že rázové vlny zrychlující vzhůru od zóny nárazu dostatečně urychlily nabité částice, aby způsobily polární emise, což je jev, který je častěji spojován s rychle se pohybujícími částmi slunečního větru, které dopadají na atmosféru planety poblíž magnetického pólu .
Astronomové navrhl, že dopady by mohlo mít významný vliv na prstence o Io , anuloidu vysoce energetických částic, který se připojuje pomocí jupiterova měsíce Io je velmi sopečný. Spektroskopické studie s vysokým rozlišením ukazují, že rozdíly v hustotě iontů, rychlosti otáčení a teplotách v době nárazu a po srážce jsou ve skutečnosti v normálních mezích.
Jedním z překvapení po dopadech je nízké množství získané vody ve srovnání s předchozími prognózami. Před dopadem modely na atmosféře Jupiteru naznačily, že k prasknutí největších fragmentů dojde při atmosférickém tlaku mezi 30 kilopascaly a několika desítkami megapascalů (od 0,3 do několika stovek barů), z nichž někteří předpovídali, že kometa pronikne vrstvou vody a vytvořte modravý závoj nad touto oblastí Jupitera.
Astronomové nepozorují po srážkách velké množství vody a pozdější studie dopadů ukazují, že k fragmentaci a destrukci kometárních fragmentů při „výbuchu vzduchu“ pravděpodobně došlo v mnohem vyšších nadmořských výškách, než se očekávalo, přičemž větší fragmenty byly zničeny, když tlak dosáhl 250 kPa, značně nad očekávanou hloubkou vodní vrstvy. Menší fragmenty se pravděpodobně zničily, než se vůbec dostaly do vrstvy mraků.
Nárazy zanechávají na Jupiteru viditelné jizvy několik měsíců. Některé jsou velmi důležité a pozorovatelé je popisují jako viditelnější než velká červená skvrna . Ze všech dosud pozorovaných pozorování na planetě jsou tyto skvrny pravděpodobně jednou z nejdůležitějších zvláštností, které kdy byly pozorovány, a přestože má velká červená skvrna pozoruhodnou barvu, žádné skvrny velikosti a barvy tak tmavé jako ty způsobené dopady Shoemaker-Levy 9 nebyly dříve zaznamenány.
Spektroskopická pozorování také odhalují, že amoniak a sirouhlík přetrvávaly v atmosféře po dobu nejméně čtrnácti měsíců po srážkách se značným množstvím amoniaku přítomným ve stratosféře, spíše než na obvyklém místě v troposféře.
Navzdory všem očekáváním klesá teplota atmosféry na obvyklou úroveň a mnohem rychleji na největších dopadových místech než na nejmenších: v nejdůležitějších regionech došlo ke zvýšení teplot na ploše široké 15 000 až 20 000 km a poté v týdnu po dopadu klesl zpět na normální úroveň. V nejmenších oblastech přetrvávají teploty o 10 K vyšší než životní prostředí téměř dva týdny. Globální stratosférické teploty vzrostly bezprostředně po nárazu a poté klesly o dva až tři týdny později pod předkolízní teploty, než se pomalu zvýšily na normální teploty.
Comet Shoemaker-Levy 9 není jediný, který již nějakou dobu obíhal Jupiter; je známo, že planeta dočasně zajala dalších pět komet, včetně 82P / Gehrels , 147P / Kushida-Muramatsu a 111P / Helin-Roman-Crockett . Kometární oběžné dráhy kolem Jupiteru jsou nestabilní, protože jsou velmi eliptické a mohou být silně narušeny gravitací Slunce v jeho vrcholu (nejvzdálenějším bodem na oběžné dráze od planety). Jupiter je zdaleka nejhmotnější planeta sluneční soustavy a dokáže zachytit objekty poměrně často, ale velikost Shoemaker-Levy 9 zůstává vzácná: studie po dopadu odhaduje, že komety o průměru 0,3 km zasáhnou planetu jednou za 500 let, a těch 1,6 km v průměru jen jednou za 6000 let.
Existují důkazy, které ukazují, že komety dříve fragmentované a srazené s Jupiterem a jeho satelity. Během misí Voyager to the Planet odborníci na planetu identifikovali 13 řetězců kráterů na Callisto a tři na Ganymedu , jejichž původ je záhadou. Řetězy kráterů pozorované na Měsíci se často rozprostírají přes velké krátery, jejichž tvorba by byla spojena se sekundárními dopady prvního ejecty, ale na měsících Jupitera řetězy nevedou k velkému původnímu kráteru. Dopad Shoemaker-Levy 9 silně naznačuje, že řetězce pocházejí z řady neuspořádaných kometárních fragmentů narážejících na satelity.
The 19. července 2009, se na jižní polokouli Jupiteru objevila nová temná skvrna o velikosti Tichého oceánu . Tepelná měření v infračervené oblasti ukazují, že místo nárazu je horké a spektroskopická analýza odhaluje produkci přebytečného horkého amoniaku a prachu bohatého na oxid křemičitý v horních oblastech atmosféry Jupiteru. Vědci dospěli k závěru, že došlo k další srážce, ale tentokrát s kompaktnějším a tvrdším objektem, možná malým, nepozorovaným asteroidem.
Srážka komety Shoemaker-Levy 9 představuje chování Jupitera jako jakési „kosmického vysavače“ ve sluneční soustavě. Silný gravitační vliv planety způsobí, že se na planetu zřítí mnoho malých komet a asteroidů a odhaduje se, že míra kometárních dopadů na Jupiter je mezi dvěma až osmi tisícikrát většími než Země. Pokud by Jupiter neexistoval, byla by pravděpodobnost dopadů asteroidů na jiné planety ve sluneční soustavě větší.
Obecně se věří, že vyhynutí dinosaurů na konci křídy bylo způsobeno kosmickým dopadem, který vznikl z kráteru Chicxulub , což ukazuje, že dopady představují významnou hrozbu pro život na Zemi. Astronomové spekulovali, že bez planety Jupiter, která by zachytila potenciální impaktory, by události způsobující vyhynutí mohly být na Zemi častější a složitá forma života by se nemohla vyvinout. Toto je část argumentu použitého v hypotéze vzácných zemin .
Studie také ukazují, že přítomnost menší planety místo Jupitera ve sluneční soustavě by mohla významně zvýšit rychlost dopadu komet na Zemi. Zdá se, že planeta o hmotnosti Jupitera stále poskytuje lepší ochranu před asteroidy, ale celá řada účinků generovaných těly obíhajícími kolem sluneční soustavy není známa.
Níže uvedená tabulka uvádí 23 identifikovaných fragmentů Shoemaker-Levy 9 a jejich datum srážky s Jupiterem.
Fragment | Datum kolize |
---|---|
NA | 16. 7. 1994 |
B | 17.7.1994 |
VS | 17.7.1994 |
D | 17.7.1994 |
E | 17.7.1994 |
F | 18. 7. 1994 |
G | 18. 7. 1994 |
H | 18. 7. 1994 |
J | 19. 7. 1994 |
K. | 19. 7. 1994 |
L | 19. 7. 1994 |
M | 20. 7. 1994 |
NE | 20. 7. 1994 |
P1 | 20. 7. 1994 |
P2 | 20. 7. 1994 |
Q1 | 20. 7. 1994 |
Q2 | 20. 7. 1994 |
R | 21.07.1994 |
S | 21.07.1994 |
T | 21.07.1994 |
U | 21.07.1994 |
PROTI | 22.7.1994 |
Ž | 22.7.1994 |