Od połowy grudnia na niebie będzie można dostrzec nietypową gwiazdę. Jeśli znaleźlibyście się w miejscu pozbawionym sztucznego światła, zobaczylibyście, że rozmiarami przewyższa nawet Księżyc. Jednak jej blask będzie bardzo słaby, bo tak naprawdę to kometa Wirtanen 46/P, która przelatuje wyjątkowo blisko Ziemi. Blisko oczywiście w skali astronomicznej, bo mówimy tu o 11 mln km, czyli ponad 30 razy więcej niż odległość Księżyca od Ziemi. Komety kiedyś budziły lęk. W XVII w. powstawały traktaty naukowe wiążące różne kataklizmy – susze, powodzie, trzęsienia ziemi, plagi chorób – z pojawieniem się tych obiektów na niebie.
Jeszcze sto lat temu kometa Halleya wywołała panikę, bowiem w jej składzie odkryto trujący cyjanowodór. Dlatego w 1910 r., gdy po raz kolejny stała się widoczna, ludzie masowo kupowali maski przeciwgazowe. – To tylko bryły brudnego śniegu zbudowane z pyłu i lodu. Znamy je, obliczyliśmy ich trajektorie, od lat obserwujemy. Czego tu się bać? – mówi dr Krzysztof Ziołkowski z Centrum Badań Kosmicznych PAN. Jego zdaniem te obiekty kryją natomiast rozwiązanie wielu zagadek, przed jakimi stoi dziś nauka.
SKĄD MAMY WODĘ?
Ostatnie trzy dziesięciolecia przyniosły ogromny rozwój wiedzy na temat komet. Obserwowaliśmy je z niebywałą dokładnością za pomocą takich narzędzi jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a, a także wysłaliśmy w ich kierunku kilka sond kosmicznych. Jedna z nich pobrała nawet próbki materiału, z jakiego zbudowane jest jądro komety. A ten materiał jest wyjątkowo interesujący dla uczonych, ponieważ zawiera m.in. zamarzniętą wodę.
FIZYKA ASTRONOMICZNE WIDOWISKO – DLACZEGO KOMETA ŚWIECI I MA WARKOCZ?
Wynika to przede wszystkim z interakcji między materią w jądrze komety i promieniowaniem oraz cząsteczkami emitowanymi przez Słońce Jądro komety jest bardzo małe – ma średnicę od kilkuset metrów do kilku kilometrów. Gdy zaczyna zbliżać się do Słońca, zawarty w nim lód zaczyna się topić i uciekać w przestrzeń kosmiczną. Wokół jądra powstaje otoczka gazowo-pyłowa, która może mieć średnicę większą niż Ziemia (12,6 tys. km) czy nawet Słońce (700 tys. km). Dodatkowo cząsteczki wiatru słonecznego hamujące w obłoku gazów wokół komety, fachowo nazywanym komą, jonizują go i powodują świecenie. Z kolei drobinku pyłu odrywające się od topniejącego jądra tworzą warkocz, często bardzo spektakularny.
Jego długość może sięgać setek milionów kilometrów. Czasami komety mają nawet dwa warkocze – jeden pyłowy, pozostawiony na drodze, którą kometa się poruszała, i drugi będący efektem działania wiatru słonecznego.
– Pochodzenie wody na Ziemi jest zagadką – tłumaczy dr Ziołkowski. – Gdy nasza planeta się formowała, była tak gorąca, że substancja ta powinna wyparować. Innymi słowy, na Ziemi w ogóle nie powinno być wody. Ale możliwe, że gdy nasza planeta się już uformowała, została zbombardowana przez komety. To one mogły przynieść ze sobą wodę.
Jednak kiedy w 1986 r. sonda Giotto sfotografowała jądro komety Halleya z odległości ledwie 500 km, naukowców czekała niespodzianka. Okazało się, że kometarna woda ma inny skład niż ta występująca na naszej planecie. Zawiera aż dwukrotnie więcej deuteru, czyli izotopu wodoru, który oprócz protonu ma w jądrze jeszcze neutron. Oznaczało to, że obiekty takie jak kometa Halleya nie mogły być kosmicznymi cysternami, które miliardy lat temu nawodniły Ziemię. – Dopiero badania jądra komety Hartley 2 wykonane w 2011 r. uratowały wcześniejszą hipotezę. Okazało się bowiem, że zawiera ona taką wodę jak ziemska – mówi dr Ziołkowski. Nie wiemy, skąd wzięła się ta różnica. Być może wynika z tego, że komety przylatują do nas z różnych rejonów Układu Słonecznego. Ale naukowcy i tak są zadowoleni, bo skoro znaleźliśmy przynajmniej jedną kometę, która ma wodę taką samą jak ziemska, to w przeszłości mogło ich być więcej. A to oznacza, że jesteśmy bliżej rozwiązania zagadki, skąd pochodzi woda na naszej planecie – komety znów są tu brane pod uwagę.
MŁOTKIEM W JĄDRO
Naukowcy nie poprzestali tylko na obserwacji komet. Sonda Stardust w 2004 roku pobrała próbki pyłu uwalnianego z komety Wild 2 i dostarczyła je na Ziemię dwa lata później. Pył został uwięziony w aerożelu – ultralekkiej substancji stworzonej na potrzeby tej misji. Analiza próbki wykazała, że kometa zawiera minerały, które musiały powstać w wysokiej temperaturze – ponad 1000 st. C. Tymczasem w pasie Kuipera próżno szukać takich temperatur. Pytanie, skąd te minerały wzięły się w komecie, pozostaje otwarte. Bardziej inwazyjną metodę badawczą zastosowała sonda Deep Impact. W 2005 r. zbliżyła się do komety Tempel 1, a następnie dosłownie walnęła ją młotkiem – wysłała w jej kierunku metalowy próbnik o wadze 360 kg.
Lód z jądra komety Hartley 2 ma skład podobny do ziemskiej wody. Jego większość stanowi zwykła H2O: na 3200 jej cząsteczek przypada jedna cząsteczka „ciężkiej wody”, w której zamiast wodoru występuje jego cięższy izotop o nazwie deuter.
Uderzenie było potężne, ponieważ „młotek” poruszał się z prędkością 10 km/s, czyli około 10 razy większą niż prędkość początkowa pocisku karabinowego. Próbnik wyparował, a uderzenie wyrwało krater średnicy 150 metrów. Misja pozwoliła zebrać cenne dane na temat wnętrza komety A przy okazji udowodniła, że w razie czego potrafimy precyzyjnie trafić w nią pociskiem. Podobnej sztuki dokonała europejska Rosetta. Dostarczyła ona lądownik o nazwie Philae na powierzchnię komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko.
Lądownik wyposażony był m.in. w urządzenie MUPUS, którego część podzespołów zbudowali inżynierowie z Centrum Badań Kosmicznych PAN. MUPUS miał wbić pręt z czujnikami w jądro komety. Nie wszystko poszło zgodnie z planem i udało się uzyskać tylko część danych, zanim Philae przestał działać. Ale MUPUS zdążył wykryć, że jądro komety jest twardsze, niż zakładali naukowcy – jego pręt wbił się w nie tylko na 2 cm, choć planowano, że będzie to 40 cm.
HISTORIA ZAGADKA Z BIBLII – CZYM BYŁA GWIAZDA BETLEJEMSKA?
Raczej nie kometą – twierdzą badacze. Biblijni trzej królowie zapewne widzieli na niebie nietypowy układ planet i gwiazd Gdy zaś Jezus narodził się w Betlejem w Judei za panowania króla Heroda, oto Mędrcy ze Wschodu przybyli do Jerozolimy i pytali: »Gdzie jest nowo narodzony król żydowski? Ujrzeliśmy bowiem jego gwiazdę na Wschodzie i przybyliśmy oddać mu pokłon«” – ten fragment Ewangelii wg świętego Mateusza od dawna budzi ciekawość naukowców. Co takiego zobaczyli na niebie trzej królowie (o ile faktycznie istnieli)? Kometę? Raczej nie. Starożytni obserwatorzy umieli odróżnić ogoniaste gwiazdy” od tych zwykłych. Na dodatek w imperium rzymskim komety uznawano za zwiastuny nieszczęścia.
Może więc była to supernowa – gwiazda, która eksplodowała i nagle zwiększyła swą jasność? Też mało prawdopodobne. Supernowa znajduje się stale w tej samej konstelacji, tymczasem w relacji św. Mateusza jest mowa o „gwieździe” zmieniającej swe położenie na niebie. Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest tzw. koniunkcja planet i gwiazd. Te jasno świecące obiekty co jakiś czas są widoczne na niebie tuż obok siebie, co starożytni mogli uznać za nową nieznaną gwiazdę. Astronomowie obliczyli, że między 3 r. p.n.e. a 8 r. n.e. wielokrotnie dochodziło do koniunkcji. Tak było w przypadku Jowisza, Wenus i gwiazdy Regulus, które utworzyły na niebie trójkąt równoboczny, widoczny praktycznie na całej Ziemi. Także na Bliskim Wschodzie, gdzie znajdował się nad miastem Betlejem. Ta koniunkcja miała miejsce w 2 roku przed naszą erą.
PRZYBYSZ Z GWIAZD
Mimo iż na obrzeżach Układu Słonecznego jest wiele komet, tylko nieliczne lecą w kierunku Słońca. Znamy ich ponad 5 tys., ale tych, które widać wyraźnie gołym okiem, jest niewiele i pojawiają się bardzo rzadko – raz na kilkadziesiąt czy kilkaset lat. Może to być m.in. zasługą Jowisza, który działa jak kosmiczny
odkurzacz. Astronomowie od dawna wiedzieli, że komety muszą zderzać się z planetami, ale na żywo zaobserwowali to po raz pierwszy w 1994 roku. Wtedy to kometa Shoemaker–Levy 9 uderzyła w Jowisza. – To było niezwykłe wydarzenie. Niemal wszystkie teleskopy i lunety na całym świecie były skierowane wtedy
na Jowisza – wspomina dr Ziołkowski.
Komety mogą do nas dotrzeć nawet z bardzo odległych rejonów kosmosu. Tak było w przypadku ‘Oumuamua – tajemniczego podłużnego obiektu wykrytego podczas przelotu przez Układ Słoneczny. Wbrew medialnym doniesieniom nie jest to statek kosmiczny obcej cywilizacji, lecz prawdopodobnie kometa lub asteroida wyrzucona z innego układu planetarnego. Jeśli tak było, czy „kosmiczne cysterny” mogłyby przenosić na ogromne odległości wodę, minerały, a nawet proste, zamarznięte organizmy żywe? Na razie tego nie wiemy, ale dalsze badania komet mogą przynieść odpowiedź na to pytanie.
Marcin Bójko – dziennikarz specjalizujący się w naukach ścisłych i nowych technologiach, z wykształcenia – matematyk.
współpraca: Jan Stradowski