Cometele respecta aceleasi legi fizice precum orice alt obiect. Acestea se misca in conformitate cu legile de baza ale miscarii si gravitatiei universale descoperite de Newton in secolul 17 (ignorand corectii relativiste foarte mici). Miscarea cometelor este usor de inteles. Sa luam de exemplu doua corpuri, fie soarele si o planeta, fie soarele si o cometa. Corpul mai mic pare sa urmeze o cale sau o orbita eliptica in jurul soarelui, care se afla intr-un punct focal al elipsei. Constantele geometrice care definesc pe deplin forma elipsei sunt axa semimajora (a) si excentricitatea (e). Axa semiminora (b) este legata de aceste doua cantitati prin ecuatia b = a (1 – e2). Punctul focal este situat la distanta ae de centrul elipsei.
Pentru a descrie orientarea elipsei in spatiu in raport cu un sistem de coordonate, mai sunt necesare trei constante, iar pentru a defini locatia unui corp in acea orbita eliptica, mai este necesara o a patra cantitate. Excentricitatea este o masura matematica a plecarii de la circularitate. Un cerc are excentricitatea 0, iar majoritatea planetelor au orbite care sunt aproape circulare. Doar Mercur are o excentricitate care depaseste 0,1. Cu toate acestea, cometele au excentricitati foarte mari, care de multe ori se apropie de 1 (valoarea pentru o parabola). Asemenea orbite foarte excentrice sunt la fel de posibile ca si orbitele circulare, in ceea ce priveste legile de miscare.
Influente asupra miscarii cometelor
Sistemul solar este compus din soare, 8 planete, sateliti, asteroizi, comete si diverse resturi mici. In orice moment, miscarea oricarui corp din sistemul solar este afectata de atractia gravitationala a celorlalte corpuri. Atractia soarelui este de departe cea mai puternica, cu exceptia cazului in care un corp se apropie foarte mult de altul – de aceea calculele orbitelor sunt efectuate de obicei in functie de soare si corpul respectiv, cu mici perturbatii (efecte mici adaugate datorita atractiei altor corpuri). In 1705, Halley a scris in lucrarea sa originala, care prezicea revenirea cometei sale, ca Jupiter avusese efecte serioase asupra miscarii cometei. Acesta a presupus ca Jupiter era cauza schimbarilor din perioada cometei (timpul necesar pentru o revolutie completa in jurul soarelui). Perioada cometei Halley este declarata a fi de 76 de ani, insa aceasta a variat intre 74,4 ani si 79,2 ani in ultimii 2000 de ani. In aceeasi lucrare, Halley a fost de asemenea primul care a remarcat posibilitatea foarte reala a coliziunii cometelor cu planetele.
In cazul cometei Shoemaker-Levy 9, avem exemplul perfect atat in ceea ce priveste perturbatiile mari, cat si in ceea ce priveste posibilele consecinte ale acestora. Cometa a fost fragmentata si perturbata intr-o orbita in care bucatile se vor lovi de Jupiter cu o perioada mai tarziu. In general, trebuie sa retinem ca gravitatia lui Jupiter (si a altor planete) este foarte capabila sa schimbe energia orbitei unei comete suficient de tare pentru a o arunca afara din sistemul solar, lucru pe care l-a facut in numeroase alte ocazii. Acesta este exact acelasi efect fizic care permite utilizarea planetelor pentru a schimba energia orbitala a unei nave spatiale in asa-numitele “manevre de asistenta gravitationala” (cum au fost cele utilizate de nava spatiala Voyager pentru a vizita planetele exterioare).
Una dintre legile miscarii ale lui Newton sustine ca, pentru fiecare actiune exista o reactie egala si opusa. Cometele expulzeaza gaz si praf, de obicei din regiuni localizate ale nucleului. Aceasta actiune provoaca o reactie a nucleului cometei, care accelereaza sau incetineste. Asemenea efecte se numesc “forte non-gravitationale” si sunt pur si simplu efecte de racheta, ca si cum cineva ar fi atasat una sau mai multe rachete de nucleu. In general, atat dimensiunea, cat si forma orbitei cometei sunt schimbate de fortele non-gravitationale.
Momentul cinetic si influenta sa asupra orbitei unei comete
O mare parte din fizica moderna este exprimata in termeni ai legilor de conservare, legi cu privire la cantitati care nu se schimba pentru un sistem dat. Conservarea energiei este una din aceste legi, iar aceasta spune ca energia isi poate schimba forma, insa ea nu poate fi creata sau distrusa. Astfel, energia de miscare (energia cinetica) a cometei Shoemaker-Levy 9 va fi schimbata in mare masura in energie termica atunci cand aceasta va fi oprita de atmosfera lui Jupiter si distrusa in acest proces. Cand un corp se misca in jurul altui corp in vidul spatiului, energia totala (energia cinetica plus energia potentiala) se conserva.
O alta cantitate care se conserva este numita “momentul cinetic”. Mai sus am spus ca, constantele geometrice ale unei elipse sunt axa semimajora si excentricitatea. Constantele dinamice ale unui corp care se misca in jurul altui corp sunt energia si momentul cinetic. Energia totala este invers proportionala cu axa semimajora. Daca energia ajunge la 0, axa semimajora devine infinita, iar corpul evadeaza. Momentul cinetic este proportional atat cu excentricitatea, cat si cu energia, intr-un mod mult mai complicat, insa, pentru o anumita energie, cu cat momentul cinetic este mai mare, cu atat mai alungita este orbita.
Legile miscarii nu impune ca obiectele sa se miste in cercuri (sau elipse), insa, daca acestea au ceva energie obligatorie, ele trebuie sa se miste in elipse (nepunand la socoteala perturbatiile altor corpuri), iar momentul cinetic este cel care determina cat de alungita este elipsa. Cometele sunt pur si simplu niste corpuri care au in general un moment cinetic mai mare decat planetele si, prin urmare, se misca pe orbite mai alungite. Uneori orbitele cometelor sunt atat de alungite incat, din cauza ca putem observa doar o mica parte din acestea, ele nu pot fi distinse de o parabola (o orbita cu excentricitatea 1). In termeni generali, putem afirma ca energia determina marimea orbitei, iar momentul cinetic determina forma acesteia.
VIDEO:
.){kind=link}