Kometen en meteorenzwermen

Kometen

Meteoroíde= Stofdeeltje in de ruimte
Meteoor= meteoroïde (stofdeeltje) die verdampt in de aardatmosfeer waarbij licht vrijkomt

Kometen bestaan uit bevroren water, gassen, stofdeeltjes en steentjes. Deze objecten hebben een diameter van 500 meter tot tientallen kilometers. Kometen bewegen meestal in een langgerekte elliptische baan om de zon, een enkele heeft een interstellaire baan zoals de kometen 1I/Oumuamua en 2I/Borisov. In dat laatste geval beweegt de komeet door het zonnestelsel om vervolgens nooit meer terug te keren. De snelheid van kometen is enorm, gemiddeld 60 kilometer per seconde!
Wanneer een komeet de zon nadert, verandert het ijs op het oppervlak van de komeet in gas en verdampt, daarbij ook het stof meenemend. Om de komeet heen ontstaat een soort ‘atmosfeer van gas’, ook wel coma genoemd. Door de stralingsdruk van de zon ontstaan daarna twee afzonderlijke staarten, één bestaand uit gas en de ander bestaand uit minuscule stofdeeltjes (stofstaart).
De grotere stofdeeltjes – met afmetingen van 0,1 mm tot enkele cm – blijven dicht bij de baan van de komeet, dit zijn zeer nauwe stofsporen. Dat stofspoor bevind zich exact in de baan van de komeet, zowel voor als achter de komeet. Gas- en stofstaarten kunnen wel tientallen miljoenen kilometers lang worden. De gasstaart is door de zonnewind van de zon afgekeerd. De stofstaart maakt meestal een kleine hoek als gevolg van gravitationele krachten die op de lichte stofdeeltjes uitgeoefend worden en door de richting van de actieve uitstoring door het moederlichaam.

De beroemde komeet 1/P Halley, gefotografeerd op een afstand van 2000 kilometer door het ESA ruimtevaartuig Giotto. Het waren de eerste close up foto’s van een komeet van nabij ooit. De zon schijnt vanaf de linkerkant op het komeet oppervlak. Duidelijk zichtbaar zijn de fonteinen van stof en gas. De komeet van Halley is het moederlichaam van de meteorenzwermen eta Aquariiden en Orioniden. We kijken hier dus naar de geboorte van een meteorenzwerm.

Stofsporen

Het nauwe stofspoor in de baan van de komeet wordt grotendeels door de zwaartekracht van de zon beïnvloed, maar ook de zwaartekracht van planeten hebben er invloed op als de komeetbaan in de buurt van een planeetbaan ligt. In de loop der tijd verbreed dit stofspoor zich en vormt het een meteorenzwerm die zichtbaar is op aarde. Als de aarde door een meteorenzwerm trekt dan duurt het soms dagen of weken om dit stof te doorkruisen. Zo heeft de aarde bijvoorbeeld zes weken nodig om de Perseïden meteorenzwerm te doorkruisen. Half juli zijn de eerste Perseïden te zien, eind augustus de laatste. Vanaf de aarde zien we de stofdeeltjes op onze aardatmosfeer botsen en verdampen als gevolg van de wrijvingshitte met de aardatmosfeer. Dit is een proces waarbij licht vrijkomt. Kortdurende lichtpuntjes suizen dan langs de sterrenhemel. Uiteindelijk wordt een meteorenzwerm zo uitgedund dat er weinig meer van overblijft. Echter, elke keer als de komeet weer langs de zon komt wordt het stof weer aangevuld en ontstaat er een nieuw vers stofspoor in de meteorenzwerm.
Uiteindelijk valt een komeet helemaal uit elkaar en in de loop van lange tijd zal dus ook de bijbehorende zwerm meteoroïden verdwijnen. Het uiteenvallen van kometen kan gebeuren doordat de komeet in perihelium is (zoals komeet 3D/Biela) of als de komeet in de buurt van een zware planeet komt (Jupiter). Mooi voorbeeld is de komeet Shoemaker-Levy 9 die in vele stukken uiteenviel voordat ze in botsing kwam met de planeet Jupiter (in 1994).

Schematisch een komeet en zijn omgeving. Duidelijk zijn de gas- en stofstaart (aangeduid als respectievelijk Gas tail en Dust tail) zichtbaar. In de bewegingsrichting voor en achter de komeet zit meestal een zeer dicht stofspoor (Dust trail). Die is in dit geval ingetekend! De komeet op deze opname is komeet C/1995 O1 Hale-Bopp.

Meteorenstormen

Als de aarde door zo’n vers stofspoor in een meteorenzwerm beweegt, kunnen ze meteorenstormen veroorzaken. Dit zijn meteorenregens met zeer hoge aantallen meteoren. Deze kortstondige sterrenregens duren meestal een uur. Op aarde is dit een werkelijk spectaculair gezicht als er tussen de 40 tot 60 meteoren per MINUUT zichtbaar zijn. DMS’ers waren in 1999 en 2001 getuige van zulke meteorenstormen. DMS waarnemers telden tussen de 40 en 50 meteoren per minuut telden. Soms was er tien seconden niets te zien, vervolgens waren er 5 of 6 tegelijk zichtbaar!

Meteorenzwermen kunnen een probleem opleveren voor de ruimtevaart. Meteoroïde-inslagen kunnen ruimtevaartuigen beschadigen of zelfs vernietigen. Daarom is het belangrijk om nauwkeurige modellen te hebben voor de banen die de stofdeeltjes volgen. Dit is essentiële kennis om botsingen met satellieten in een baan om de aarde en andere ruimtevaartuigen te voorkomen.
NASA heeft zelfs een bureau dat continu bijhoudt hoe bedreigend meteorenstormen en zwermen zijn voor satellieten en ruimte missies: het Meteoroid Environment Office.
https://www.nasa.gov/offices/meo/home/index.html).
Wat kan een ruimte organisatie doen als er een meteorenstorm op komst is? Men kan de minder kwetsbare delen van de satelliet zo draaien dat eventueel inslaande deeltjes amper schade aanrichten. Ook kan de satelliet zo gedraaid worden dat het een zo’n klein mogelijk oppervlak heeft in de richting waarvandaan de meteoroïden komen. Er zijn vermoedens dat er al eens satellieten geraakt zijn door meteoroïden. Zo raakte een grote Pegasus satelliet onklaar precies tijdens een flinke Perseïden uitbarsting op 12 augustus 1993. Ook een geplande Space Shuttle lancering werd uitgesteld vanwege deze meteoren uitbarsting.

Op opnamen van de Infrared Astronomical Satellite (IRAS) werden een aantal stofsporen ontdekt die van kometen afkomstig waren. Op deze opname zijn stofsporen zichtbaar van de kometen 2/P Encke en 65/P Gunn. Het blijkt dat deze stofsporen zowel voor als achter de komeet zitten. De stopsporen zijn overigens astronomisch gezien erg nauw, ongeveer een 250 000 km. Daarom worden ze ook makkelijk gemist door de Aarde, zoals het geval was met de Leoniden in 1899 en 1932/33. © ESA.

Bronnen

https://www.esa.int/About_Us/ESA_history/Giotto_ESA_s_first_deep-space_mission_25_years_ago
Sykes M.V., Lebofski L.A., Hunten D.M., Low F., The Discovery of Dust Trails in the Orbits of Periodic Comets, Science (1986), 232 p. 1115-1117
https://nl.wikipedia.org/wiki/Komeet
Jenniskens, P.: Stofsporen, Radiant (1987) 9-4, p.73-74.

Deze animatie volgt de baan van komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko tussen 1954 en 2099. Hij laat zien hoe stofsporen evolueren. Het is gemaakt met behulp van de Interplanetary Meteoroid Environment for Exploration (IMEX).
Elke keer dat de komeet het binnenste zonnestelsel binnendringt, komen er nieuwe stofdeeltjes vrij, vertegenwoordigd door verschillende kleuren: rood en oranje zijn de oudste sporen en blauwe markeringen de jongste. De zwaartekracht van de zon speelt de hoofdrol bij het bepalen van de baan van zowel de komeet als zijn stofsporen, maar de planeten, vooral Jupiter, kunnen ook het stof verstoren, waardoor het uit de hoofdbaan wordt gedwongen en de sporen krommen. In 1959, zoals te zien aan het begin van de animatie, wijzigde een nabije ontmoeting met Jupiter de baan zodanig dat 67P/ Churyumov-Gerasimenko gedurende 6,45 jaar een rondje om de zon voltooid.
De simulatie toont ook de lancering van Rosetta in maart 2004 en de baan van het ruimtevaartuig totdat het in augustus 2014 op 67P/ Churyumov-Gerasimenko aankwam, waarna het in de buurt van de komeet bleef en er uiteindelijk op 30 september 2016 met een gecontroleerde inslag op landde. Pas na het einde van de missie begint het echter interessant te worden voor de stofsporen van 67P.
Volgens het IMEX-model zullen meerdere ontmoetingen met Jupiter ervoor zorgen dat de sporen spiraalvormig worden en vreemde vormen aannemen terwijl de komeet de komende jaren in een baan om de zon blijft draaien. Andere planeten spelen ook een rol bij het vervormen van de sporen: na ongeveer 2040 toont de animatie kleine openingen in de sporen als gevolg van de invloed van de zwaartekracht van Mars.
Uiteindelijk worden komeetdeeltjes onderdeel van de interplanetaire stofwolk (het kosmische stof dat de ruimte tussen de planeten doordringt), waardoor ze de verbinding met hun moederkomeet verliezen. Vanaf de aarde kunnen we dit interplanetaire stof zien als het zodiakale licht, veroorzaakt door de verstrooiing van zonlicht door de deeltjes.

Credits: R. Soja et al., A&A, 583, A18, 2015, gereproduceerd met toestemming © ESO;
bevestiging: ESA / ISS, U. Stuttgart/Aerospaceresearch.net /SpaceEngine, M. Sommer.
Soundtrack: Drone 2 van Altars Altars (Moritz Leppers)