Ogone Komet: Dlaczego Promieniowanie Słoneczne i Wiatr Słoneczny Pchną Je Różnymi Szybkościami

Dwa ogony, dwie zupełnie różne siły

Jasny kometarny w pobliżu Słońca wydaje się mieć nie jeden, lecz dwa ogony, a są one kształtowane przez całkowicie różne prawa fizyki. Ogon pyłowy jest szeroki, łagodnie zakrzywiony i świeci, po prostu odbijając światło słoneczne, podczas gdyogon jonowy jest wąski, niemal idealnie prosty i świeci własnym światłem zjonizowanego gazu. Oba wskazują w przybliżeniu przeciwnie do Słońca, co samo w sobie jest pierwszym wskazówką, że żaden z ogonów nie jest prostym śladem pozostawionym za ruchem komety, jak w przypadku kontru płomienia samolotu – ogony komety są wypychane, a nie ciągnięte.

Komata: miejsce narodzin ogonów

Z dala od Słońca, jądro komety jest po prostu ciemnym, nieaktywnym zlepkiem lodu i pyłu, czasami określanym jako brudny śnieżek, o średnicy zaledwie kilka kilometrów. Gdy zbliża się do Słońca i nasilska cieplnota wzmacnia się, zamrożone związki - głównie lód wody, ale także lody dwutlenku węgla i tlenku węgla na większych odległościach - sublimują bezpośrednio ze stanu stałego w gazowy stan, wyrzucając pył w trakcie tego procesu. Rozszerzająca się chmura gazu i pyłu wokół jądra to komata, a ona stanowi źródło zarówno ogonów; samo jądro jest zbyt małe, aby być widoczne z Ziemi, ale komata może osiągać rozmiary większe niż planeta Jowisz.

Pyłowy ogon: napędzany własnym promieniowaniem słonecznym

Zrzucane do komy ziarna pyłu podlegają sile grawitacji Słońca, ale doświadczają również niewielkiego wypychania na zewnątrz spowodowanego ciśnieniem promieniowania – momentem przenośnym przez światło słoneczne, który jest wystarczający, aby mieć znaczenie dla cząstek lekkich, które mogą być nim popychane. Ponieważ to ciśnienie promieniotworu jest słabsze niż grawitacja, a każde ziarno pyłu zachowuje prędkość orbitalną, jaką miało w momencie uwalniania, ogon pyłowy kończy się zakrzywionym łukiem, śladem wyznaczającym gładki łuk zaopóźniony względem orbity komety – wachlowy rozbłysk cząstek, każdy lekko przesunięty przez kombinację własnej grawitacji słonecznej, wypychania promieniotworu i prędkości uwalniania.

dust grain net force (schematic), Sun at origin:

  F_total = F_gravity(toward Sun) + F_radiation(away from Sun)

  F_radiation / F_gravity depends on grain size:
    smaller grain -> more surface area per unit mass -> pushed harder
    larger grain  -> more inertia per unit surface   -> pushed less

result: dust of different sizes spreads into a curved fan,
each grain on its own slightly different orbit

Ioniowy ogon: napędzany wiatrem słonecznym

Molekuły gazu w komacie, a nie pył, tracą elektrony pod wpływem promieniowania ultrafioletowego słonecznego, stając się obciążonymi jonami. Po naładowaniu, przestają swobodnie poruszać się po własnej orbicie – zostają zablokowane przez pole magnetyczne międzyplanetarne, które niesie ze sobą wiatr słoneczny, stały strumień obciążonych cząstek emitowany przez Słońce. Wiatr słoneczny przesuwa się radialnie na zewnątrz od Słońca znacznie szybciej niż sama kometę poruszająca się w przestrzeni, więc prawie idealnie prosto wypycha jonizowany gaz z dala od Słońca, tworząc charakterystycznie cienki, prostopadły ogon jonowy, często przybrzeżny niebieskim kolorem ze względu na jonizowany tlen wielokuwierkowy. Ponieważ kierunek iglicy jonowej jest ustalany przez wiatr słoneczny, a nie własną orbitą komety, może ona widocznie wygiąć się lub nawet tymczasowo odkleić, gdy kometę przecina granica pola magnetycznego międzyplanetarnego.

Dlaczego oba ogony zawsze skierowane są z dala od Słońca

Połączone, wyjaśnia to, dlaczego ogon komety nigdy nie pozostaje za jej ruchem, jak kontrastyolot samolotu, a raczej oba siły kształtujące je – ciśnienie promieniowe na pył i pole magnetyczne wiatru słonecznego na jony – pochodzą od Słońca i skierowane są z niego na zewnątrz, a nie od ścieżki komety. Kometa oddalająca się od Słońca więc ma swoje ogony rozciągające się przed nią, prowadząc, a nie pozostawiając za sobą, co jest jednym z bardziej zaskakujących i zapadających w pamięć faktów dotyczących zachowania się komet.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Comet Tail Formation i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.