derecha|miniaturadeimagen| El núcleo del cometa 9P/Tempel 1 El núcleo es la parte central sólida de un cometa, antiguamente denominada bola de nieve sucia o bola de tierra helada. El núcleo de un cometa está compuesto de roca, polvo y gases congelados. Cuando son calentados por el Sol, los gases se subliman y producen una atmósfera que rodea el núcleo conocida como coma. La fuerza ejercida sobre la coma por la presión de la radiación solar y el viento solar provoca la formación de una enorme cola que apunta en dirección opuesta al Sol. El núcleo de un cometa típico tiene un albedo de 0,04. Es más negro que el carbón y puede deberse a una capa de polvo.
Los resultados de las naves espaciales Rosetta y Philae muestran que el núcleo de 67P/Churyumov-Gerasimenko no tiene campo magnético, lo que sugiere que el magnetismo puede no haber desempeñado un papel en la formación temprana de los planetesimales. Además, el espectrógrafo ALICE de Rosetta determinó que los electrones (dentro de 1 km encima del núcleo del cometa) producidos a partir de la fotoionización de moléculas de agua por la radiación solar, y no los fotones del Sol como se pensaba antes, son responsables de la degradación de las moléculas de agua y dióxido de carbono liberadas desde el núcleo del cometa hacia su coma. El 30 de julio de 2015, los científicos informaron que la nave espacial Philae, que aterrizó en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko en noviembre de 2014, detectó al menos 16 compuestos orgánicos, de los cuales cuatro (entre ellos acetamida, acetona, isocianato de metilo y propanal) fueron detectados por primera vez en un cometa.
Paradigma Los núcleos de cometas, de entre ~1 km hasta varias decenas de kilómetros, no podían ser resueltos con telescopios. Incluso los telescopios gigantes actuales darían sólo unos pocos píxeles en el objetivo, suponiendo que los núcleos no estuvieran oscurecidos por comas (colas o estelas), cuando estuvieran cerca de la Tierra. Había que deducir una comprensión del núcleo frente al fenómeno de la coma a partir de múltiples líneas de evidencia.
"Banco de arena volador" El modelo del "banco de arena volador", propuesto por primera vez a finales del , postula un cometa como un enjambre de cuerpos, no como un objeto discreto en absoluto. La actividad es la pérdida tanto de volátiles como de miembros de la población. Este modelo fue defendido a mediados de siglo por Raymond Arthur Lyttleton, junto con un origen. A medida que el Sol atravesaba la nebulosidad interestelar, el material se acumulaba en remolinos de estela. Algunas se perderían, pero otras permanecerían en órbitas heliocéntricas. La débil captura explica las órbitas largas, excéntricas e inclinadas de los cometas. Faltaban hielos per se; los volátiles se almacenaron mediante adsorción en granos.
"Bola de nieve sucia" A partir de la década de 1950, Fred Lawrence Whipple publicó su modelo de "conglomerado helado". Esto pronto se popularizó como "bola de nieve sucia". Las órbitas de los cometas se habían determinado con bastante precisión, pero en ocasiones los cometas se recuperaban "fuera de lo previsto", hasta por días. Los primeros cometas podrían explicarse por un "medio resistente", como "el éter", o la acción acumulativa de los meteoroides contra la parte frontal del cometa. Pero los cometas podrían regresar tanto temprano como tarde. Whipple argumentó que un suave impulso de las emisiones asimétricas (ahora "fuerzas no gravitacionales") explicaba mejor la sincronización de los cometas. Esto requería que el emisor tuviera fuerza cohesiva: un núcleo único y sólido con cierta proporción de volátiles. Lyttleton continuó publicando obras de bancos de arena voladores hasta 1972. La sentencia de muerte para el banco de arena volador fue el cometa Halley. Las imágenes de Vega 2 y Giotto mostraron un solo cuerpo, emitiendo a través de una pequeña cantidad de chorros.
"Bola de tierra helada" Ha pasado mucho tiempo desde que los núcleos de los cometas podían imaginarse como bolas de nieve congeladas. "It has been a long time since comet nuclei could be imagined as frozen snowballs" Whipple ya había postulado una corteza y un interior separados. Antes de la aparición de Halley en 1986, parecía que una superficie de hielo expuesta tendría una vida finita, incluso después del coma. Se predijo que el núcleo de Halley sería oscuro, no brillante, debido a la destrucción/escape preferencial de gases y la retención de refractarios. El término “manto de polvo” se utiliza habitualmente desde hace más de 35 años. "the term dust mantling has been in common use since more than 35 years"
Los resultados de Halley excedieron incluso estos: los cometas no sólo son oscuros, sino que se encuentran entre los objetos más oscuros del sistema solar Además, las estimaciones de polvo anteriores estaban muy subestimadas. Tanto los granos más finos como los guijarros más grandes aparecieron en los detectores de las naves espaciales, pero no en los telescopios terrestres. La fracción volátil también incluía sustancias orgánicas, no sólo agua y otros gases. Las proporciones polvo-hielo parecían mucho más cercanas de lo que se pensaba. Se obtuvieron densidades extremadamente bajas (0,1 a 0,5 g cm-3). Todavía se suponía que el núcleo era mayoritariamente hielo, tal vez de manera abrumadora.
Teoría moderna Dejando a un lado tres misiones de encuentro, Halley fue un ejemplo. Su trayectoria desfavorable también provocó breves sobrevuelos a velocidad extrema, en algún momento. Misiones más frecuentes ampliaron la muestra de objetivos, utilizando instrumentos más avanzados. Por casualidad, acontecimientos como las desintegraciones de Shoemaker-Levy 9 y Schwassmann-Wachmann 3 contribuyeron aún más a la comprensión humana.
Se confirmó que las densidades eran bastante bajas: ~0,6 g/cm³. Los cometas eran muy porosos y frágiles en microescalas y macro.
Las proporciones de refractario a hielo son mucho más altas, al menos 3:1, posiblemente ~5:1, ~6:1, o más.
Esta es una inversión total del modelo de bola de nieve sucia. El equipo científico de Rosetta ha acuñado el término "orgánicos minerales", para minerales y compuestos orgánicos con una fracción menor de hielo.
Los cometas Manx, Damocloides y asteroides activos demuestran que puede que no haya una línea brillante que separe las dos categorías de objetos.
Origen
miniaturadeimagen| La Nebulosa Helix tiene una nube cometaria de Oort Los cometas, o sus precursores, se formaron en el sistema solar exterior, posiblemente millones de años antes de la formación de los planetas. Se debate cómo y cuándo se formaron los cometas, con distintas implicaciones para la formación, la dinámica y la geología del sistema solar. Las simulaciones tridimensionales por computadora indican que las principales características estructurales observadas en los núcleos de los cometas pueden explicarse por la acreción por pares de cometesimales débiles a baja velocidad. El mecanismo de creación actualmente favorecido es el de la hipótesis nebular, que afirma que los cometas son probablemente un remanente de los "bloques de construcción" planetesimales originales a partir de los cuales crecieron los planetas.
Los astrónomos piensan que los cometas se originan en la nube de Oort, el disco disperso, y el cinturón principal exterior. Special issue: Cometary science after Rosetta
Tamaño miniaturadeimagen| Comparación de tamaño y color de los cometas más grandes conocidos, incluido el planeta enano Plutón y los satélites naturales Mimas y Fobos a escala. miniaturadeimagen|Tempel 1 y Hartley 2 comparados Se cree que la mayoría de los núcleos de los cometas no tienen más de unos 16 kilómetros de diámetro. Los cometas más grandes que han entrado en la órbita de Saturno son 95P/Quirón (≈200 km), C/2002 VQ94 (LINEAL) (≈100 km), Cometa de 1729 (≈100 km), Hale-Bopp (≈60 kilómetros), 29P (≈60 km), 109P/Swift-Tuttle (≈26 km), y 28P/Neujmin (≈21 kilómetros).
El núcleo con forma de patata del cometa Halley (15 × 8 × 8 km) contiene cantidades iguales de hielo y polvo.
Durante un sobrevuelo en septiembre de 2001, la nave espacial Deep Space 1 observó el núcleo del cometa Borrelly y descubrió que tenía aproximadamente la mitad de tamaño (8×4×4 km) del núcleo del cometa Halley. El núcleo de Borrelly también tenía forma de patata y tenía una superficie de color negro oscuro. Al igual que el cometa Halley, el cometa Borrelly sólo liberó gas desde pequeñas áreas donde los agujeros en la corteza exponían el hielo a la luz solar.
miniaturadeimagen|C/2006 W3 (Chistensen); emisión de gas carbónico. Se estimó que el núcleo del cometa Hale-Bopp tenía 60 ± 20 kilómetros de diámetro. Hale-Bopp parecía brillante a simple vista porque su núcleo inusualmente grande desprendía una gran cantidad de polvo y gas.
El núcleo de P/2007 R5 probablemente tenga sólo entre 100 y 200 metros de diámetro.
Se estima que los centauros más grandes (inestables, que cruzan planetas, asteroides helados) son 250 kilómetros a 300 kilómetros de diámetro. Tres de los más grandes incluirían (10199) Cariclo (258 km), (2060) Quirón (230 km), y (≈220 kilómetros).
Se ha estimado que los cometas conocidos tienen una densidad media de 0,6 g/cm³. A continuación se muestra una lista de cometas cuyos tamaños, densidades y masas se han estimado. Nombre Dimensiones (km) Densidad (g/cm³) Masa (kg)Halley: Using the volume of an ellipsoid of 15x8x8km * a rubble pile density of 0.6 g/cm³ yields a mass (m=d*v) of 3.02E+14 kg.Tempel 1: Using a spherical diameter of 6.25 km; volume of a sphere * a density of 0.62 g/cm³ yields a mass of 7.9E+13 kg.19P/Borrelly: Using the volume of an ellipsoid of 8x4x4km * a density of 0.3 g/cm³ yields a mass of 2.0E+13 kg.81P/Wild: Using the volume of an ellipsoid of 5.5x4.0x3.3 km * a density of 0.6 g/cm³ yields a mass of 2.28E+13 kg. Cometa Halley 15 × 8 × 8 0,6 3 Tempel 1 7,6×4,9 0,62 7,9 19P/Borrelly 8×4×4 0,3 2 81P/Wild 5,5×4,0×3,3 0,6 2,3 67P/Churyumov-Gerasimenko Ver artículo sobre 67P 0,4(1.0±0.1)×1013
Composición Alguna vez se pensó que el hielo de agua era el constituyente predominante del núcleo. En el modelo de bola de nieve sucia, el polvo se expulsa cuando el hielo retrocede. Con base en esto, alrededor del 80 % del núcleo del cometa Halley sería hielo de agua, y el monóxido de carbono (CO) congelado constituye otro 15 %. Gran parte del resto es dióxido de carbono, metano y amoníaco congelados. Los científicos creen que otros cometas son químicamente similares al cometa Halley. El núcleo del cometa Halley también es de un negro extremadamente oscuro. Los científicos creen que la superficie del cometa, y quizás la de la mayoría de los demás cometas, está cubierta por una costra negra de polvo y roca que cubre la mayor parte del hielo. Estos cometas liberan gas sólo cuando los agujeros de esta corteza giran hacia el Sol, exponiendo el hielo interior a la cálida luz del sol.
Esta suposición demostró ser ingenua, empezando por Halley. La composición del coma no representa la composición del núcleo, ya que la actividad selecciona volátiles y refractarios, incluidas fracciones orgánicas pesadas. Nuestra comprensión ha evolucionado más hacia el rock; estimaciones recientes muestran que el agua es quizás sólo el 20-30 % de la masa en los núcleos típicos. En cambio, los cometas son predominantemente materiales y minerales orgánicos. Los datos de Churyumov-Gerasimenko y Arrokoth, y los experimentos de laboratorio sobre acreción, sugieren que es posible que no sean posibles proporciones de refractarios a hielo inferiores a 1.
La composición del vapor de agua del cometa Churyumov-Gerasimenko, determinada por la misión Rosetta, es sustancialmente diferente de la encontrada en la Tierra. Se determinó que la proporción de deuterio a hidrógeno en el agua del cometa era tres veces mayor que la encontrada en el agua terrestre. Esto hace que sea poco probable que el agua de la Tierra proceda de cometas como Churyumov-Gerasimenko.
Orgánicos