Le recenti osservazioni della cometa C/2013 R1 Lovejoy hanno mostrato la presenza di caratteristiche strutture a getto nelle vicinanze del falsi nucleo della cometa.
Tali strutture possono essere spiegate con la presenza di getti collimati di gas e polvere emessi dalla superficie del nucleo cometario.
Il presente articolo tenta di interpretare alcune osservazioni in modo da creare un modello cinematico del nucleo cometario.
Il presente studio non è un analisi scientificamente rigorosa del fenomeno in quanto è basato sulla misurazione di due sole fotografie, non perfettamente riducibili astrometricamente, e su assunzioni del tutte soggettive su parametri fondamentali come la posizione spaziale dell'asse di rotazione, la velocità di eiezione dei getti dal nucleo e la composizione delle polveri cometarie.
È quindi da considerarsi solo "giocare coi parametri" per tentare di riprodurre le osservazioni.
Nonostante ciò penso che i risultati ottenuti siano significativi in quanto riescono, nonostante la semplicità del modello, a riprodurre le osservazioni.
Nei prossimi mesi si potranno confrontare nuove osservazioni con le previsioni del modello per capire se i parametri scelti sono corretti o, più probabilmente, se necessitano di aggiustamenti
Il Modello
Il modello utilizzato per la simulazione è estremamente semplice:
- Il nucleo cometario è sferico, ruota intorno ad un asse fisso nello spazio con periodo costante.
- Dal nucleo fuoriescono getti di polvere radiali a velocità costante, i getti sono attivi sull'emisfero illuminato del nucleo mentre sono spenti sull'emisfero notturno.
- I granelli di polvere emessi dal nucleo sono sferici, tutti delle stesse dimensioni e con le stesse caratteristiche fisiche (densità e albedo)
- Una volta emessi dal nucleo i granelli di polvere sono soggetti alla sola forza derivante dalla pressione di radiazione della luce solare: per una trattazione rigorosa bisognerebbe tener conto anche della gravità, ma nelle immediate vicinanze del nucleo cometario tale approssimazione può considerarsi accurata.
- I getti quindi si comportano come irrigatori da giardino che creano spirali di polvere che si espandono nello spazio deformate dall'azione della radiazione solare.
- Le spirali risultano avvolte intorno ad un cono ampio quanto la colatitudine del getto e sono tanto più strette quanto maggiore è la velocità di rotazione del nucleo o minore la velocità di eiezione della polvere.
La simulazione
Le simulazioni sono state effettuate con il software Comet scritto da me in QBASIC nel 1997 per la cometa Hale Bopp e funzionante tuttora sotto DOS.
La scelta dei parametri è stata condotta per prove ed errori in modo da cercare di replicare le osservazioni.
Esempi
Per chiarire il funzionamento del modello ecco tre esempi esemplificativi: in tutti i casi sulla cometa c'è un unico getto attivo ad una latitudine di 45°N, l'unica cosa a cambiare è l'orientamento nello spazio dell'asse di rotazione.
Esempio 1: Asse puntato in direzione della Terra (inclinazione 90° rispetto al piano del cielo)
In questo caso si vedono le spirali espandersi nello spazio. A causa della pressione di radiazione le spirali si addensano in direzione del Sole e si diradano in direzione opposta.
| Simulazione schematica | Simulazione Pseudoreale |
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Esempio 2: Asse con angolo di posizione 45° e inclinazione rispetto al piano del cielo di 60°
In questo caso si osserva il cono sul quale si avvolgono le spirali lungo una generatrice e l'effetto di sovrapposizione delle spirali può generare l'illusione di getti a fontana provenienti dal nucleo.
| Simulazione schematica | Simulazione Pseudoreale |
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Esempio 3: Asse con angolo di posizione 45° e giacente sul piano del cielo
In questo caso si può osservare il cono sul quale si avvolgono le spirali. Dal momento che sui lati del cono lo sguardo intercetta una maggior quantità di polvere si avrà l'illusione di getti quasi radiali che poi si incurvano lontano dal nucleo per effetto della pressione di radiazione.
| Simulazione schematica | Simulazione Pseudoreale |
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Le Immagini
Le due immagini analizzate mi sono state gentilmente concesse da Stefano Quaresima e Giuseppe Donatiello dopo averle pubblicate su Astrobin.
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Ringrazio gli autori per avermi dato la possibilità di sperimentare con le loro immagini.
L'Immagine di Stefano Quaresima del 30 novembre 2013, elaborata con un algoritmo di Larson Sekanina, mostra chiaramente la presenza di almeno tre getti a fontana.
Si è quindi impostata la simulazione in modo da avere tre getti a latitudini diverse posizionati in modo da avere le generatrici approssimativamente puntate verso la Terra.
Come detto in precedenza la scelta dei parametri è del tutto arbitraria e dettata dal tentativo di riprodurre l'immagine osservata.
Il set di parametri che sembra riprodurre meglio l'immagine è:
- Angolo di posizione dell'asse di rotazione: 85°
- Inclinazione rispetto al piano del cielo: -25°
- (Tali parametri risultano in un asse di rotazione inclinato di 37,67° rispetto al piano orbitale e con un angolo di 145,852° rispetto alla direzione del nodo ascendente della cometa.)
- Latitudine dei getti: 52°N, 33°N, 18°S
- Potenza dei getti (unità arbitrarie utilizzate per le simulazioni pseudoreali): 35, 45, 55
| Immagine di Stefano Quaresima | Simulazione Pseudoreale | Simulazione Schematica |
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| Simulazione a largo campo | ||
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Il modello è stato poi fatto evolvere fino al 7 dicembre data dell'immagine di Giuseppe Donatiello.
Utilizzando gli stessi parametri ricavati per la prima immagine si ottiene la seguente simulazione.
| Immagine di Giuseppe Donatiello | Simulazione pseudoreale |
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Un'altra immagine delle strutture della cometa è stata trovata in Rete all'indirizzo
http://www.virtualtelescope.eu/2013/11/11/comet-c2013-r1-lovejoy-an-image-10-nov-2013/
Calcolando il modello per tale data e ri-orientandolo in modo da allinearsi approssimativamente all'immagine mostrata sul sito si ottengono le seguenti simulazioni
| Modello pseudoreale | Modello elaborato con Larson Sekanina |
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Conclusioni
Sebbene questo lavoro non sia da considerarsi scientificamente rigoroso, il successo nel riprodurre alcune immagini della cometa lascia sperare che i parametri scelti non siano troppo distanti da quelli effettivi.
L'unico modo per verificarlo è attendere nuove immagini da confrontare con le predizioni del modello.