Cometa Shoemaker–Levy 9
El cometa Shoemaker–Levy 9 (designado formalmente como D/1993 F2) se separó en julio de 1992 y chocó con Júpiter en julio de 1994, proporcionando la primera observación directa de un Colisión extraterrestre de objetos del Sistema Solar. Esto generó una gran cantidad de cobertura en los medios populares y el cometa fue observado de cerca por astrónomos de todo el mundo. La colisión proporcionó nueva información sobre Júpiter y destacó su posible papel en la reducción de los desechos espaciales en el Sistema Solar interior.
El cometa fue descubierto por los astrónomos Carolyn y Eugene M. Shoemaker y David Levy en 1993. Shoemaker–Levy 9 (SL9) había sido capturado por Júpiter y estaba orbitando el planeta en ese momento. Se localizó la noche del 24 de marzo en una fotografía tomada con el telescopio Schmidt de 46 cm (18 pulgadas) en el Observatorio Palomar en California. Fue el primer cometa activo observado en órbita alrededor de un planeta, y probablemente había sido capturado por Júpiter unos 20 o 30 años antes.
Los cálculos mostraron que su forma fragmentada inusual se debió a un acercamiento previo a Júpiter en julio de 1992. En ese momento, la órbita de Shoemaker-Levy 9 pasó dentro del límite de Roche de Júpiter, y Júpiter's las fuerzas de marea habían actuado para separar el cometa. El cometa se observó más tarde como una serie de fragmentos de hasta 2 km (1,2 mi) de diámetro. Estos fragmentos chocaron con el hemisferio sur de Júpiter entre el 16 y el 22 de julio de 1994 a una velocidad de aproximadamente 60 km/s (37 mi/s) (velocidad de escape de Júpiter) o 216 000 km/h (134 000 mph).). Las cicatrices prominentes de los impactos eran más visibles que la Gran Mancha Roja y persistieron durante muchos meses.
Descubrimiento
Mientras realizaban un programa de observaciones diseñado para descubrir objetos cercanos a la Tierra, los Shoemakers y Levy descubrieron el cometa Shoemaker–Levy 9 la noche del 24 de marzo de 1993, en una fotografía tomada con el telescopio Schmidt de 0,46 m (1,5 pies). en el Observatorio Palomar en California. El cometa fue, por lo tanto, un descubrimiento fortuito, pero que rápidamente eclipsó los resultados de su principal programa de observación.
El cometa Shoemaker–Levy 9 fue el noveno cometa periódico (un cometa cuyo período orbital es de 200 años o menos) descubierto por los Shoemakers y Levy, de ahí su nombre. Fue su undécimo descubrimiento de cometas en general, incluido el descubrimiento de dos cometas no periódicos, que utilizan una nomenclatura diferente. El descubrimiento fue anunciado en la Circular 5725 de la IAU el 26 de marzo de 1993.
La imagen del descubrimiento dio el primer indicio de que el cometa Shoemaker–Levy 9 era un cometa inusual, ya que parecía mostrar múltiples núcleos en una región alargada de unos 50 segundos de arco de largo y 10 segundos de arco de ancho. Brian G. Marsden, de la Oficina Central de Telegramas Astronómicos, señaló que el cometa se encontraba a solo unos 4 grados de Júpiter visto desde la Tierra y que, aunque esto podría ser un efecto de línea de visión, su movimiento aparente en el cielo sugería que el cometa estaba físicamente cerca del planeta.
Cometa con órbita joviana
Los estudios orbitales del nuevo cometa pronto revelaron que orbitaba alrededor de Júpiter en lugar del Sol, a diferencia de todos los demás cometas conocidos en ese momento. Su órbita alrededor de Júpiter estaba ligada muy libremente, con un período de aproximadamente 2 años y una apoapsis (el punto de la órbita más alejado del planeta) de 0,33 unidades astronómicas (49 millones de kilómetros; 31 millones de millas). Su órbita alrededor del planeta era muy excéntrica (e = 0,9986).
Al rastrear el movimiento orbital del cometa, se reveló que había estado orbitando alrededor de Júpiter durante algún tiempo. Es probable que haya sido capturado desde una órbita solar a principios de la década de 1970, aunque la captura pudo haber ocurrido ya a mediados de la década de 1960. Varios otros observadores encontraron imágenes del cometa en imágenes previas a la recuperación obtenidas antes del 24 de marzo, incluido Kin Endate a partir de una fotografía expuesta el 15 de marzo, S. Otomo el 17 de marzo y un equipo dirigido por Eleanor Helin a partir de imágenes el 19 de marzo. el cometa en una placa fotográfica de Schmidt tomada el 19 de marzo fue identificado el 21 de marzo por M. Lindgren, en un proyecto de búsqueda de cometas cerca de Júpiter. Sin embargo, como su equipo esperaba que los cometas estuvieran inactivos o, en el mejor de los casos, mostraran un coma de polvo débil, y SL9 tenía una morfología peculiar, su verdadera naturaleza no se reconoció hasta el anuncio oficial 5 días después. No se han encontrado imágenes previas a la recuperación que datan de antes de marzo de 1993. Antes de que el cometa fuera capturado por Júpiter, probablemente era un cometa de período corto con un afelio justo dentro de la órbita de Júpiter y un perihelio interior al cinturón de asteroides.
El volumen del espacio dentro del cual se puede decir que un objeto orbita alrededor de Júpiter está definido por la esfera de la Colina de Júpiter. Cuando el cometa pasó por Júpiter a fines de la década de 1960 o principios de la de 1970, estaba cerca de su afelio y se encontró ligeramente dentro de la esfera de la colina de Júpiter. La gravedad de Júpiter empujó al cometa hacia él. Debido a que el movimiento del cometa con respecto a Júpiter fue muy pequeño, cayó casi directamente hacia Júpiter, razón por la cual terminó en una órbita jovecéntrica de muy alta excentricidad, es decir, la elipse fue casi aplanada. fuera.
Aparentemente, el cometa había pasado muy cerca de Júpiter el 7 de julio de 1992, a poco más de 40 000 km (25 000 mi) por encima de la parte superior de sus nubes, una distancia menor que el radio de Júpiter de 70 000 km (43 000 mi), y bien dentro de la órbita de la luna más interna de Júpiter, Metis, y el límite de Roche del planeta, dentro del cual las fuerzas de marea son lo suficientemente fuertes como para romper un cuerpo que se mantiene unido solo por la gravedad. Aunque el cometa se había acercado mucho antes a Júpiter, el encuentro del 7 de julio parecía ser, con mucho, el más cercano, y se cree que la fragmentación del cometa ocurrió en ese momento. Cada fragmento del cometa se denotaba con una letra del alfabeto, del "fragmento A" hasta el 'fragmento W', una práctica ya establecida a partir de cometas fragmentados observados anteriormente.
Más emocionante para los astrónomos planetarios fue que los mejores cálculos orbitales sugirieron que el cometa pasaría dentro de los 45 000 km (28 000 mi) del centro de Júpiter, una distancia menor que el radio del planeta, lo que significa que había un probabilidad extremadamente alta de que SL9 colisione con Júpiter en julio de 1994. Los estudios sugirieron que el tren de núcleos se estrellaría contra la atmósfera de Júpiter durante un período de unos cinco días.
Predicciones para la colisión
El descubrimiento de que era probable que el cometa colisionara con Júpiter causó gran entusiasmo dentro de la comunidad astronómica y más allá, ya que los astrónomos nunca antes habían visto colisionar dos cuerpos importantes del Sistema Solar. Se llevaron a cabo intensos estudios del cometa y, a medida que su órbita se estableció con mayor precisión, la posibilidad de una colisión se convirtió en una certeza. La colisión brindaría una oportunidad única para que los científicos observen el interior de la atmósfera de Júpiter, ya que se esperaba que las colisiones causaran erupciones de material de las capas normalmente ocultas debajo de las nubes.
Los astrónomos estimaron que los fragmentos visibles de SL9 variaban en tamaño desde unos pocos cientos de metros (alrededor de 1000 pies) hasta dos kilómetros (1,2 mi) de ancho, lo que sugiere que el cometa original pudo haber tenido un núcleo de hasta 5 km (3,1 mi) de ancho, algo más grande que el cometa Hyakutake, que se volvió muy brillante cuando pasó cerca de la Tierra en 1996. Uno de los grandes debates antes del impacto fue si los efectos del impacto de cuerpos tan pequeños serían perceptibles desde la Tierra, aparte de un destello cuando se desintegraron como meteoritos gigantes. La predicción más optimista fue que grandes bolas de fuego balísticas asimétricas se elevarían por encima del limbo de Júpiter y hacia la luz del sol para ser visibles desde la Tierra. Otros efectos sugeridos de los impactos fueron las ondas sísmicas que viajaban por el planeta, un aumento de la neblina estratosférica en el planeta debido al polvo de los impactos y un aumento en la masa del sistema de anillos jovianos. Sin embargo, dado que observar una colisión de este tipo no tenía precedentes, los astrónomos fueron cautelosos con sus predicciones de lo que podría revelar el evento.
Impactos
La expectativa creció a medida que se acercaba la fecha prevista para las colisiones y los astrónomos apuntaron telescopios terrestres a Júpiter. Varios observatorios espaciales hicieron lo mismo, incluido el Telescopio Espacial Hubble, el satélite de observación de rayos X ROSAT, el Observatorio W. M. Keck y la nave espacial Galileo, que luego se dirigía a una cita con Júpiter programada para 1995. Aunque los impactos tuvieron lugar en el lado de Júpiter oculto a la Tierra, Galileo, entonces a una distancia de 1,6 UA (240 millones de km; 150 millones de millas) del planeta, pudo ver los impactos a medida que ocurrían. La rápida rotación de Júpiter puso a la vista los lugares de impacto para los observadores terrestres unos minutos después de las colisiones.
Otras dos sondas espaciales realizaron observaciones en el momento del impacto: la nave espacial Ulysses, diseñada principalmente para observaciones solares, apuntaba hacia Júpiter desde su ubicación a 2,6 AU (390 millones de km; 240 millones mi) de distancia, y la distante Voyager 2, a unas 44 UA (6660 millones de km; 4100 millones de millas) de Júpiter y saliendo del Sistema Solar tras su encuentro con Neptuno en 1989, fue programada para buscar emisiones de radio en el Rango de 1–390 kHz y hacer observaciones con su espectrómetro ultravioleta.
Júpiter· Fragmento A· Fragmento D· Fragmento G· Fragment N· Fragmento W
El astrónomo Ian Morison describió los impactos de la siguiente manera:
El primer impacto ocurrió en 20:13 UTC el 16 de julio de 1994, cuando el fragmento A del núcleo del [comet's] golpeó en el hemisferio sur de Júpiter a unos 60 km/s (35 mi/s). Instrumentos sobre Galileo detectó una bola de fuego que alcanzó una temperatura máxima de aproximadamente 24.000 K (23,700 °C; 42,700 °F), en comparación con la temperatura típica de la nube Jovian de aproximadamente 130 K (−143 °C; −226 °F). Luego se expandió y enfrió rápidamente a unos 1.500 K (1,230 °C; 2.240 °F). La columna de la bola de fuego alcanzó rápidamente una altura de más de 3.000 km (1.900 mi) y fue observada por el HST.
Pocos minutos después de que se detectara el impacto de la bola de fuego, Galileo midió un nuevo calentamiento, probablemente debido al material expulsado que cayó de nuevo sobre el planeta. Los observadores terrestres detectaron la bola de fuego que se elevaba sobre el limbo del planeta poco después del impacto inicial.
A pesar de las predicciones publicadas, los astrónomos no esperaban ver las bolas de fuego de los impactos y no tenían idea de cuán visibles serían los otros efectos atmosféricos de los impactos desde la Tierra. Los observadores pronto vieron una gran mancha oscura después del primer impacto; el lugar era visible desde la Tierra. Se pensó que esta y las manchas oscuras subsiguientes fueron causadas por los escombros de los impactos y eran marcadamente asimétricas, formando formas de media luna frente a la dirección del impacto.
Durante los siguientes seis días, se observaron 21 impactos distintos, y el mayor se produjo el 18 de julio a las 07:33 UTC, cuando el fragmento G golpeó a Júpiter. Este impacto creó una mancha oscura gigante de más de 12 000 km o 7 500 mi (casi un diámetro terrestre) de ancho, y se estimó que liberó una energía equivalente a 6 000 000 megatones de TNT (600 veces el arsenal nuclear mundial). Dos impactos con 12 horas de diferencia el 19 de julio crearon marcas de impacto de tamaño similar a las causadas por el fragmento G, y los impactos continuaron hasta el 22 de julio, cuando el fragmento W golpeó el planeta.
Observaciones y descubrimientos
Estudios químicos
Los observadores esperaban que los impactos les dieran un primer vistazo de Júpiter debajo de la parte superior de las nubes, ya que los fragmentos del cometa que atravesaban la atmósfera superior exponían el material inferior. Los estudios espectroscópicos revelaron líneas de absorción en el espectro joviano debido al azufre diatómico (S2) y al disulfuro de carbono (CS2), la primera detección de ambos en Júpiter, y solo el segunda detección de S2 en cualquier objeto astronómico. Otras moléculas detectadas incluyeron amoníaco (NH3) y sulfuro de hidrógeno (H2S). La cantidad de azufre implícita en las cantidades de estos compuestos fue mucho mayor que la cantidad que se esperaría en un pequeño núcleo de cometa, lo que demuestra que se estaba revelando material del interior de Júpiter. No se detectaron moléculas portadoras de oxígeno como el dióxido de azufre, para sorpresa de los astrónomos.
Además de estas moléculas, se detectó la emisión de átomos pesados como hierro, magnesio y silicio, con abundancias consistentes con las que se encontrarían en el núcleo de un cometa. Aunque se detectó espectroscópicamente una cantidad sustancial de agua, no fue tanta como se predijo, lo que significa que la capa de agua que se pensaba que existía debajo de las nubes era más delgada de lo previsto, o que los fragmentos del cometa no penetraron lo suficientemente profundo.
Olas
Como se predijo, las colisiones generaron enormes olas que barrieron Júpiter a velocidades de 450 m/s (1476 ft/s) y se observaron durante más de dos horas después de los impactos más grandes. Se pensaba que las ondas viajaban dentro de una capa estable que actuaba como guía de ondas, y algunos científicos pensaron que la capa estable debía estar dentro de la hipotética nube de agua troposférica. Sin embargo, otra evidencia parecía indicar que los fragmentos del cometa no habían llegado a la capa de agua y que las ondas se propagaban dentro de la estratosfera.
Otras observaciones
Las observaciones de radio revelaron un fuerte aumento en la emisión continua en una longitud de onda de 21 cm (8,3 pulgadas) después de los impactos más grandes, que alcanzaron un máximo del 120 % de la emisión normal del planeta. Se pensó que esto se debía a la radiación de sincrotrón, causada por la inyección de electrones relativistas (electrones con velocidades cercanas a la velocidad de la luz) en la magnetosfera joviana por los impactos.
Alrededor de una hora después de que el fragmento K entrara en Júpiter, los observadores registraron emisiones aurorales cerca de la región del impacto, así como en la antípoda del lugar del impacto con respecto al fuerte campo magnético de Júpiter. La causa de estas emisiones fue difícil de establecer debido a la falta de conocimiento del campo magnético interno de Júpiter y de la geometría de los sitios de impacto. Una posible explicación fue que las ondas de choque aceleradas hacia arriba del impacto aceleraron las partículas cargadas lo suficiente como para causar la emisión de la aurora, un fenómeno más típicamente asociado con partículas de viento solar que se mueven rápidamente y golpean una atmósfera planetaria cerca de un polo magnético.
Algunos astrónomos sugirieron que los impactos podrían tener un efecto notable en el toro de Io, un toro de partículas de alta energía que conecta a Júpiter con la luna altamente volcánica Io. Los estudios espectroscópicos de alta resolución encontraron que las variaciones en la densidad de iones, la velocidad de rotación y las temperaturas en el momento del impacto y después se encontraban dentro de los límites normales.
Voyager 2 no pudo detectar nada con los cálculos que mostraban que las bolas de fuego estaban justo por debajo del límite de detección de la nave; no se registraron niveles anormales de radiación UV o señales de radio después de la explosión. Ulysses tampoco pudo detectar ninguna frecuencia de radio anormal.
Análisis posterior al impacto
Se idearon varios modelos para calcular la densidad y el tamaño de Shoemaker–Levy 9. Se calculó que su densidad media era de unos 0,5 g /cm3 (0,018 lb/cu in); la ruptura de un cometa mucho menos denso no se habría parecido a la cadena de objetos observada. Se calculó que el tamaño del cometa original era de aproximadamente 1,8 km (1,1 mi) de diámetro. Estas predicciones fueron de las pocas que en realidad fueron confirmadas por observaciones posteriores.
Una de las sorpresas de los impactos fue la pequeña cantidad de agua revelada en comparación con las predicciones anteriores. Antes del impacto, los modelos de la atmósfera de Júpiter habían indicado que la ruptura de los fragmentos más grandes se produciría a presiones atmosféricas de entre 30 kilopascales y unas pocas decenas de megapascales (de 0,3 a unos cientos de bares), con algunas predicciones de que el cometa penetraría una capa de agua y crearía un manto azulado sobre esa región de Júpiter.
Los astrónomos no observaron grandes cantidades de agua después de las colisiones, y los estudios de impacto posteriores encontraron que la fragmentación y destrucción de los fragmentos del cometa en un estallido de meteorito en el aire probablemente ocurrió a altitudes mucho más altas de lo que se esperaba anteriormente, y que incluso los fragmentos más grandes fueron destruidos. cuando la presión alcanzó los 250 kPa (36 psi), muy por encima de la profundidad esperada de la capa de agua. Los fragmentos más pequeños probablemente fueron destruidos incluso antes de que alcanzaran la capa de nubes.
Efectos a largo plazo
Las cicatrices visibles de los impactos se pudieron ver en Júpiter durante muchos meses. Eran extremadamente prominentes y los observadores los describieron como más fácilmente visibles que la Gran Mancha Roja. Una búsqueda de observaciones históricas reveló que las manchas eran probablemente las características transitorias más prominentes jamás vistas en el planeta, y que aunque la Gran Mancha Roja es notable por su llamativo color, no hay manchas del tamaño y oscuridad de las causadas por los impactos SL9. había sido grabado antes, o desde entonces.
Los observadores espectroscópicos encontraron que el amoníaco y el disulfuro de carbono persistieron en la atmósfera durante al menos catorce meses después de las colisiones, con una cantidad considerable de amoníaco presente en la estratosfera en lugar de su ubicación normal en la troposfera.
En contra de la intuición, la temperatura atmosférica descendió a niveles normales mucho más rápido en los sitios de impacto más grandes que en los sitios más pequeños: en los sitios de impacto más grandes, las temperaturas se elevaron en una región de 15 000 a 20 000 km (9300 a 12 400 mi) de ancho, pero volvió a caer a niveles normales una semana después del impacto. En sitios más pequeños, las temperaturas 10 K (18 °F) más altas que las del entorno persistieron durante casi dos semanas. Las temperaturas estratosféricas globales aumentaron inmediatamente después de los impactos, luego cayeron por debajo de las temperaturas previas al impacto 2 o 3 semanas después, antes de subir lentamente a las temperaturas normales.
Frecuencia de impactos
SL9 no es el único que ha orbitado Júpiter durante un tiempo; Se sabe que cinco cometas (incluidos 82P/Gehrels, 147P/Kushida-Muramatsu y 111P/Helin-Roman-Crockett) fueron capturados temporalmente por el planeta. Las órbitas de los cometas alrededor de Júpiter son inestables, ya que serán muy elípticas y es probable que se vean fuertemente perturbadas por la gravedad del Sol en el apojove (el punto más alejado de la órbita del planeta).
Con mucho, el planeta más masivo del Sistema Solar, Júpiter puede capturar objetos con relativa frecuencia, pero el tamaño de SL9 lo convierte en una rareza: un estudio posterior al impacto estimó que cometas de 0,3 km (0,19 mi) de diámetro impactan contra el planeta una vez cada 500 años aproximadamente y los de 1,6 km (1 mi) de diámetro lo hacen solo una vez cada 6000 años.
Hay pruebas muy sólidas de que los cometas se han fragmentado y colisionado previamente con Júpiter y sus satélites. Durante las misiones Voyager al planeta, los científicos planetarios identificaron 13 cadenas de cráteres en Calisto y tres en Ganímedes, cuyo origen fue inicialmente un misterio. Las cadenas de cráteres que se ven en la Luna a menudo irradian desde cráteres grandes y se cree que son causadas por impactos secundarios de la eyección original, pero las cadenas en las lunas jovianas no conducían a un cráter más grande. El impacto de SL9 implicaba fuertemente que las cadenas se debieron a trenes de fragmentos de cometas interrumpidos que chocaron contra los satélites.
Impacto del 19 de julio de 2009
El 19 de julio de 2009, exactamente 15 años después de los impactos de SL9, apareció una nueva mancha negra del tamaño del océano Pacífico en el hemisferio sur de Júpiter. Las mediciones térmicas infrarrojas mostraron que el lugar del impacto estaba caliente y el análisis espectroscópico detectó la producción de un exceso de amoníaco caliente y polvo rico en sílice en las regiones superiores de la atmósfera de Júpiter. Los científicos concluyeron que había ocurrido otro evento de impacto, pero esta vez la causa fue un objeto más compacto y más fuerte, probablemente un pequeño asteroide no descubierto.
El papel de Júpiter en la protección del Sistema Solar interior
Los eventos de la interacción de SL9 con Júpiter destacaron en gran medida el papel de Júpiter en la protección de los planetas interiores de los desechos interestelares y del sistema al actuar como una 'aspiradora cósmica'. para el Sistema Solar (barrera de Júpiter). La fuerte influencia gravitacional del planeta atrae muchos pequeños cometas y asteroides y se cree que la tasa de impactos de cometas en Júpiter es entre 2000 y 8000 veces mayor que la tasa en la Tierra.
En general, se cree que la extinción de los dinosaurios no aviares al final del período Cretácico fue causada por el evento de impacto del Cretácico-Paleógeno, que creó el cráter Chicxulub, lo que demuestra que los impactos cometarios son, de hecho, una amenaza grave para la vida. en la tierra. Los astrónomos han especulado que sin la inmensa gravedad de Júpiter, los eventos de extinción podrían haber sido más frecuentes en la Tierra y la vida compleja podría no haberse desarrollado. Esto es parte del argumento utilizado en la hipótesis de la Tierra Rara.
En 2009, se demostró que la presencia de un planeta más pequeño en la posición de Júpiter en el Sistema Solar podría aumentar significativamente la tasa de impacto de los cometas en la Tierra. Un planeta de la masa de Júpiter todavía parece brindar una mayor protección contra los asteroides, pero el efecto total en todos los cuerpos orbitales dentro del Sistema Solar no está claro. Este y otros modelos recientes cuestionan la naturaleza de la influencia de Júpiter en los impactos de la Tierra.
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