Kometen

Al vele duizenden jaren zijn mensen gefascineerd door kometen. In oude culturen kondigen ze oorlog, pest en hongersnood aan. In moderne tijden wordt hun schoonheid bewonderd. De laatste jaren zijn we erg verwend geweest met de terugkeer van de komeet Halley (1986), de ketting-komeet Shoemaker-Levy 9 (1992-1994) die zich op Jupiter stortte, Hyakutake (1996) met zijn lange blauwe staart en Hale-Bopp (1997) als helderste in de reeks.

Ook wetenschappelijk gezien staan kometen door hun unieke positie in de belangstelling. De langperiodieke kometen, die slechts één enkele keer doorheen het zonnestelsel reizen, zijn afkomstig uit de oortwolk, de uiterste grens van ons zonnestelsel. Ze kunnen ons zeer waardevolle informatie leveren over de vroegste periodes van het zonnestelsel, want sindsdien zijn ze nauwelijks van vorm of samenstelling gewijzigd.

De meeste kortperiodieke kometen zijn waarschijnlijk afkomstig uit de zone tussen Saturnus en Uranus. Ze zijn verwant met de familie van de ijsdwergen, in het bijzonder met de centaurs, een groep ijsobjecten die zowel tot de planetoïden als tot de kometen gerekend zou kunnen worden.

Natuurlijk gebeurt het ook af en toe dat een langperiodieke komeet door baanwijzigingen een kortperiodieke komeet wordt, hoewel deze nieuwe banen meestal niet stabiel genoeg zijn om de komeet daar lange tijd te houden.

Samenstelling

Nucleus

De kern of nucleus van een komeet, door Fred Whipple ooit een "vuile sneeuwbal" genoemd, is meestal niet groter dan 1 tot 10 km. De komeet Halley, die 8 bij 16 km groot is, is één van de grootste bekende kometen. De vuile sneeuwbal bestaat uit ijs en stof, samengeklonterd tot een soort van poreuze gruis. Dat betekent dat het binnenste van de nucleus dus geen harde steenklomp is, maar meer lijkt op een puinhoop.

Wanneer zo'n vuile sneeuwbal dichter bij de zon komt, begint hij op te warmen. Het ijs dat op de oppervlakte ligt, begint daardoor te sublimeren. Daarbij blijft een dikke laag stof achter die de binnenkant van de komeet helemaal omsluit. Doordat deze begint op te warmen, zal ook hier het ijs sublimeren, tot het genoeg kracht heeft om plots door de stoflaag te breken. Dit doorbreken produceert jets of uitbarstinge, die op sommige foto's te zien zijn.

Sommige astronomen nemen aan dat komeetkernen bestaan uit sub-nucleï, brokstukken van enkele honderden meters tot enkele kilometers groot, terwijl anderen vermoeden dat ze bestaan uit nog kleinere brokstukken. Het feit dat lang niet alle kometen in stukken breken, wijst erop dat ze in elk geval erg stevig in elkaar zitten. Dat in elk geval een aantal kometen wel bestaan uit poreuze brokstukken werd duidelijk in 1992, toen de komeet Shoemaker-Levy 9 door de aantrekkingskracht van Jupiter in 18 stukken brak, alvorens op de planeet neer te storten.

Coma

In de buurt van de komeet bevindt zich de coma, een dichte wolk van gas en stof die zich tot hooguit 1 miljoen kilometer van de nucleus uitstrekt. Deze coma produceert de stofstaart en wordt telkens vernieuwd door verdamping van het oppervlak van de nucleus, wanneer deze dicht in de buurt van de zon komt. Comae ontwikkelen zich pas op ongeveer 3 AE van de zon, dat is het punt waar de temperatuur in de ruimte boven het vriespunt van water komt.

Hoewel Hale-Bopp op een gegeven moment 1 000 ton water en 130 ton stof per seconde kwijtraakte, werd dit materiaal over een enorm uitgestrekt gebied in de ruimte verspreid, zodat het heel erg verdund is. Bij Hale-Bopp ging het in de coma, het dichtste deel van de gaswolk, wellicht om niet meer dan één stofdeeltje per cm³. Bij één passage nabij de zon verliest een komeet hooguit 0,1 tot 1 % van zijn massa.

Staarten

Het meest opvallende onderdeel van de komeet is zijn staart (vandaar ook de volkse naam "staartster"). Kometen hebben meestal twee staarten. De helderste, wit-gele staart bestaat uit stof dat het zonlicht reflecteert. De zwakkere, blauwe staart is de plasmastaart, die bestaat uit ionen (elektronisch geladen moleculen). De plasmastaart is blauw omdat de koolstofmonoxide-ionen (CO+) onder invloed van het zonlicht zelf licht gaan uitstralen, vergelijkbaar met het licht uit een buislamp (die ook met ionen werkt).

De staarten van een komeet.

De stofstaart is meestal dik en gebogen, en wijst niet altijd precies weg van de zon. Zijn richting is afhankelijk van de snelheid van de komeet, de aantrekkingskracht van de zon en de planeten, de ejectiesnelheid en andere factoren. De plasmastaart (of gasstaart) staat wel altijd weg van de zon, omdat de deeltjes waaruit hij bestaat elektrisch geladen zijn, en daardoor de invloed van de zonnewind (die eveneens elektrisch geladen is) veel sterker voelen.

De stofstaart is meestal 1 tot 10 miljoen kilometer lang, de plasmastaart kan wel 100 miljoen kilometer lang zijn. Bij de komeet Hale-Bopp werd ook een natriumstaart ontdekt.

Waterstofwolk

Kometen worden ook omhuld door een enorme wolk waterstof (H), die soms vele miljoenen kilometers groot kan zijn - zelfs groter dan de zon! Deze enorme hoeveelheid waterstofatomen is wellicht afkomstig van het verdampte water (H2O) dat van de nucleus van de komeet afkomstig is. Onder invloed van het UV-licht van de zon wordt dit H2O opgesplitst. Het zuurstofatoom komt terecht in de plasmastaart (CO+).

Baan

Kometen worden meestal naargelang hun baan in twee types verdeeld. Vroeger sprak men van periodieke en niet-periodieke kometen, maar Jan Oort ontdekte dat ook de niet-periodieke kometen een gesloten baan om de zon hebben. Sindsdien spreekt men van kortperiodieke en langperiodieke kometen.

Kortperiodieke kometen

Onder de kortperiodieke kometen vinden we bijvoorbeeld Halley, Encke, Tempel-Tuttle en Swift-Tuttle. Deze kometen zijn over het algemeen oud. Daardoor is hun voorraad materiaal bij de talloze passages nabij de zon stilaan weggesmolten en zijn ze dus niet meer erg helder. Alleen Halley, die uitzonderlijk groot is, vormt hierop een uitzondering. De kortperiodieke kometen zijn ook verantwoordelijk voor de bekende meteorenzwermen.

De kortperiodieke kometen hebben banen die min of meer in het baanvlak van de planeten liggen en die over het algemeen vrij stabiel zijn. Hun baan wordt wel beïnvloed door de zwaartekracht van de grote planeten, maar meestal niet in die mate dat ze veel verandert.

Langperiodieke kometen

De langperiodieke kometen hebben zeer grote banen, waarbij ze slechts eens in de vele duizenden jaren in de buurt van de zon komen. Ze zijn dan ook nog erg "jong" en hebben nog veel oermateriaal behouden. Daardoor zijn ze vaak erg helder, en ook interessant voor wetenschappers die het ontstaan van het zonnestelsel bestuderen. Voorbeelden van langperiodieke kometen zijn West, Hyakutake, Hale-Bopp en Shoemaker-Levy 9.

De langperiodieke kometen komen uit alle mogelijke hoeken op de zon af. Ze zijn afkomstig uit de oortwolk die het zonnestelsel aan alle kanten omgeeft. Hun banen zijn vaak onstabiel: ze kunnen in de buurt van een grote planeet komen, en daardoor radicaal van baan veranderen. Een voorbeeld is de komeet Shoemaker-Levy 9, een langperiodieke komeet die te dicht bij Jupiter in de buurt kwam. De zwaartekracht van de planeet bracht de komeet in een baan omheen Jupiter. Bij een tweede passage werd de komeet zelfs volledig uit elkaar gerukt tot een twintigtal fragmenten. Bij de derde passage sloeg de komeet in op Jupiter.

Een speciaal geval van deze langperiodieke kometen zijn de zonnescheerders. Dit zijn kometen die door de zon worden aangetrokken, en totaal verdampen in de gloeiende hitte. Dergelijke kometen waren vroeger nagenoeg onbekend, maar de ruimtesonde SOHO heeft daar verandering in gebracht.

Oorsprong en evolutie

Door studie van de baan van kometen kan achterhaald worden uit welke omgeving ze afkomstig zijn. Langperiodieke kometen zijn afkomstig uit de oortwolk, die zelf werd gevormd door materiaal dat uit de binnenste regionen van het jonge zonnestelsel werd weggeslingerd. Deze kometen zouden dan zijn gevormd in de omgeving van de gasplaneten. De kortperiodieke kometen zijn afkomstig uit de kuipergordel, en zijn daar ook gevormd.

Zoals gezegd verliest een komeet gigantische hoeveelheden materiaal bij elke passage bij de zon. Dit materiaal komt tussen het interplanetaire stof terecht, en is er mee verantwoordelijk voor het zodiakaal licht. Als dit materiaal in de aardse dampkring terecht komt, krijgen we meteoren te zien.

Na een tijd zal al het water en stof van de komeet opgebruikt zijn, zodat er enkel een steenachtige klomp overblijft. Deze dode steenbrokken vormen een deel van de planetoïden. Ongeveer een derde van de planetoïden in de buurt van de aarde zouden wel eens uitgedoofde kometen kunnen zijn.

Meteoroïden, meteoren en meteorieten

De stofstaart van een komeet verdwijnt natuurlijk niet. Het stof blijft in langgerekte sporen de baan van de komeet volgen, en wanneer een planeet door zo'n stofspoor trekt komen de stofdeeltjes, meteoroïden genoemd, op die planeet terecht. Bij de aarde (en andere planeten die door een dampkring beschermd worden) verschijnen ze onder de vorm van meteoren, in de volksmond ook wel vallende sterren genoemd.

Door de wrijving die hun afdaling in de atmosfeer veroorzaakt, verdampen deze meteoroïden volledig. Enkel de allergrootsten bereiken het oppervlak van de aarde, en veroorzaken een krater. Meteoroïden die inslaan worden meteorieten genoemd. Ze zijn erg zeldzaam, en vaak ook te klein om veel schade te veroorzaken. In het verleden is het echter al gebeurd dat een heuse planetoïde op de aarde neerstortte, en het is niet uit te sluiten dat dit in de (verre) toekomst opnieuw zal gebeuren.

Waneer een meteoroïde in de atmosfeer van de aarde terechtkomt veroorzaakt hij daar ionisatie: de atomen in de atmosfeer verliezen een aantal elektronen, die ze na de passage van de meteoor terug opnemen. Bij dat terug opnemen van elektronen zenden ze fotonen (lichtdeeltjes) uit. Dit is de streep licht die we kunnen waarnemen als meteoor - het is dus in geen geval het licht van de opbrandende meteoroïde!

Een groot aantal meteoroïden is zó klein dat ze onder de vorm van minuscule stofdeeltjes op de aarde neerdwarrelen: dit zijn micrometeorieten.

Exploratie

De eerste sonde die naar een komeet werd gestuurd, was de ISEE-3 (International Sun-Earth Explorer 3) die in 1985 de komeet Giacobini-Zinner onderzocht, en daarna hernoemd werd tot ICE (International Cometary Explorer). ICE bevestigde met zijn metingen de theorieën van Fred Whipple, die kometen had getypeerd als vuile sneeuwballen. Het is de bedoeling dat deze sonde in 2014 terug in de buurt van de aarde terechtkomt en door astronauten wordt opgehaald.

De nadering van de beroemde komeet Halley in 1986 bracht heel wat missies met zich mee. ICE kwam op 28 maart op een afstand van 31 miljoen kilometer van de komeet, maar paseerde tussen de komeet en de zon. De sonde deed dus geen directe waarnemingen, maar bood vergelijkingsmateriaal voor verkenners die dichter in de buurt van de komeet kwamen.

Ook de USSR sprong op de trein van de komeetverkenners: de sondes Vega-1 en Vega-2, die een ballon in de atmosfeer van Venus lieten afdalen, werden ook uitgerust met meetapparatuur om Halley te onderzoeken. Vanaf 4 maart 1986 zond Vega-1 als eerste foto's terug van de komeet. Daaruit bleek dat de kern van Halley 14 km groot was en in 53 uur om zijn as draaide. Vega-1 bleef op een afstand van 8 890 km, Vega-2 naderde tot op 8 030 km.

De foto's die Vega-1 terugstuurde, werden gebruikt om de Europese sonde Giotto bij te sturen, die eveneens naar Halley op weg was. De missie van Giotto was zonder twijfel een geweldig succes. De sonde was geprogrammeerd om zijn camera's automatisch naar de helderste plek op de komeet te richten. Tegen alle verwachtingen in bleek de kern van de komeet echter erg donker te zijn, zodat deze bijna niet gefotografeerd was. Gelukkig was het beeldveld van de camera groot genoeg en kon Giotto dus de eerste detailopnames van een komeetkern naar de aarde terugsturen.

In 1990 passeerde Giotto voorbij de aarde. Bij die gelegenheid werd de sonde opnieuw geactiveerd en op een baan gezet die haar in 1992 nabij de komeet Grigg-Skjellerup bracht. De dichtste nadering bedroeg op 10 juli 1992 slechts 200 km.

De NASA-ruimtesonde Stardust, die als primaire opdracht interplanetair stof verzamelde en terug naar de aarde bracht, passeerde op 2 januari 2004 voorbij de komeet Wild 2, en ving deeltjes op van de stofstaart van deze komeet. In 2006 keerde de sonde naar de aarde terug om de opgevangen deeltjes in een afdalingssonde naar het oppervlak te brengen. Ze worden momenteel onderzocht in laboratoria.

Een tweede NASA-verkenner, Contour, moest in de periode 2003-2008 voorbij drie kometen vliegen: eerst Encke (november 2003), vervolgens Schwassmann-Wachmann-3 (juni 2006) en tenslotte d'Arrest (augustus 2008). Jammer genoeg ging Contour kort na zijn lancering verloren.

Een derde programma van de NASA was Deep Impact. Dit was de eerste missie die op een komeet terecht kwam: Op 4 juli 2005 vloog deze sonde voorbij komeet Tempel-1, waarna een afdalingssonde werd neergelaten op de komeet. De moedersonde stuutde gegevens en foto's van deze inslag door naar de aarde. De inslag van de afdalingssonde zorgde voor een lichtflits die ongeveer één seconde duurde, waarna de plaats van inslag nog een tijdje bleef nagloeien en het stof dat door de klap was losgekomen deed oplichten. Dit stof bleek te bestaan uit water (H2O), koolstofdioxide (CO2), koolstofmonoxide (CO) en verschillende koolwaterstoffen. De krater die na de inslag overbleef zou ongeveer zo groot zijn als één voetbalveld.

De ESA-sonde Rosetta tenslotte, die in 2004 gelanceerd werd, heeft als doel de komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Pas in augustus 2014 komt de ruimteverkenner aan bij zijn doel. In november van dat jaar, na een grondige verkenning van het oppervlak, zal Rosetta een kleine lander laten afdalen naar de komeet. Het is de bedoeling dat de verkenner een tijd lang in de buurt van de komeet blijft om gedurende een langere periode de evolutie te kunnen waarnemen. Het einde van de missie is voorzien voor december 2015.

Oorspronkelijk was het de bedoeling op Rosetta al in 2003 te lanceren, met als bestemming de komeet Wirtanen. Problemen met de Ariane 5-raket, die gebruikt zou worden voor de lancering, zorgden er echter voor dat ESA op zoek moest gaan naar een nieuwe komeet om te bestuderen. De missie naar komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko heeft het voordeel dat Rosetta op haar reis ook nog enkele planetoïden kan bezoeken.