Cometa Shoemaker-Levy 9

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El Telescopio Espacial Hubble tomo esta imagen el 17 de mayo de 1994.

El cometa Shoemaker-Levy 9 (formalmente llamado D/1993 F2) fue el noveno cometa descubierto por los astrónomos Carolyn y Eugene Shoemaker y David H. Levy. Resultó ser el primer cometa observado girando alrededor de un planeta (Jupiter) en lugar del Sol [1]. El cometa estaba fragmentado (con fragmentos de unos 2 km de diámetro), debido a un paso cercano a Júpiter ocurrido en julio de 1992, cuando fue destrozado por las fuerzas de marea al pasar más cerca que el límite de Roche.

Entre el 16 de julio y el 22 de julio 1994, veinte fragmentos del cometa chocaron con el hemisferio del sur de Júpiter a 60 kilómetros por segundo, proporcionando la primera observación directa de una colisión de dos objetos del Sistema Solar. La colisión produjo en la atmósfera manchas oscuras que permanecieron visibles durante varios días. El evento fue ampliamente observado por astrónomos del mundo, debido a su tremenda importancia científica. El suceso fue anchamente tratado por los medios de comunicación, probablemente en parte debido a la fascinación con la posibilidad de impactos de cometas con la Tierra. El suceso atrajo la atención sobre el papel de Júpiter en limpiar el sistema solar interno de restos sobrantes de la formación del Sistema Solar.

[editar] El descubrimiento

El cometa Shoemaker -Levy 9 (SL9) fue descubierto por los astrónomos Eugene Shoemaker, Carolyn Shoemaker y David H. Levy en la noche del 23 de marzo 1994. Se descubrió en una fotografía tomada con el telescopio Schmidt de 4 dm del Observatorio de Monte Palomar en California. El cometa fue un descubrimiento casual, ya que estaban dirigiendo un programa de observaciones diseñado para descubrir objetos cercanos a la Tierra.

Carolyn trabaja en la Universidad de Arizona y en el Observatorio Lowell, su marido Eugene era astrogeólogo del Centro de Estudios Geológicos de Estados Unidos y David Levy pertenece al Observatorio de Monte Palomar. Los tres formaron un equipo eficaz de buscadores de cometas, pues desde 1989 encontraron ya 13. Carolyn, con 32 descubrimientos, tiene el récord mundial.

La imagen del descubrimiento dio la primera prueba que SL9 era un cometa raro, tenía núcleos múltiples en una región de aproximadamente 50 segundos de arco de larga por 10 segundos de arco de ancha. Brian Marsden del Central Bureau for Astronomical Telegrams hizo notar que el cometa estaba a sólo 4 minutos de arco de Júpiter y que su movimiento aparente indicaba que se acercaba a Júpiter y sugería que el objeto eran fragmentos múltiples de un cometa roto por la gravedad de Júpiter.

[editar] Un cometa orbitando Júpiter

Los estudios orbitales del nuevo cometa revelaron pronto que, al contrario de todos los otros cometas descubiertos antes, estaba girando alrededor de Júpiter en lugar del Sol. Su órbita alrededor de Júpiter tenía su mínima distancia al planeta a 0.33 U.A.. El cometa tenía una órbita inestable alrededor de Júpiter.

Rastreando el movimiento orbital del cometa hacia atrás resultó que había estado girando alrededor de Júpiter durante algún tiempo. Lo más probable es que fuera capturado desde una órbita solar entre los años 1970 y 1972, aunque la captura pudo haber ocurrido mucho antes. Antes de que el cometa fuera capturado por Júpiter, probablemente era un cometa del corto-período con un afelio en la órbita de Júpiter, y un perihelio en el interior del cinturón de asteroides.

El cometa había pasado especialmente cerca de Júpiter el 7 de julio 1992, a sólo 40.000 km por encima de las nubes del planeta - una distancia pequeña comparada con el radio de Júpiter de 70.000 km, y dentro del Límite de Roche del planeta dentro del cual la fuerza de marea es lo bastante fuerte para romper cualquier cuerpo que se mantenga unido únicamente por su propia gravedad. Aunque el cometa había tenido acercamientos próximos anteriores a Júpiter, el encuentro del 7 de julio parecía ser el más cercano, y se piensa que la fragmentación del cometa ocurrió en ese momento.

Rastreando la órbita del cometa pero esta vez hacia el futuro, se vio que había una probabilidad sumamente alta de que chocase con Júpiter en julio de 1994. Los estudios orbitales sugerían que el tren de núcleos cometarios entraría en la atmósfera de Júpiter durante un período de aproximadamente 5 días.

En la imagen tomada por el Telescopio Espacial Hubble en verano de 1993 se distinguen cuatro trozos apenas separados 1000 km. Los 20 fragmentos están dispersos a lo largo de 160.000 km. Los fragmentos brillan al ser iluminados por la luz solar y están rodeados de polvo. Los astrónomos los calificaron como un collar de perlas. Para conocer los posibles efectos del choque era primordial determinar la masa de los fragmentos así como la velocidad de choque. Según las observaciones del Hubble los 11 fragmentos mayores tenían tamaños entre 2,5 y 4,3 km de diámetro. La energía del impacto es proporcional a la masa del fragmento y por tanto es proporcional al cubo de su diámetro.

[editar] Las predicciones para la colisión

El descubrir que era probable que el cometa chocara con Júpiter causó una gran excitación en la comunidad astronómica, pues nunca antes se había tenido la oportunidad de observar el choque de dos cuerpos del Sistema Solar. En Junio de 1993 se creía que algunos de los trozos podrían chocar con Júpiter en 1994. Para Brian Marsden la probabilidad de que al menos un trozo chocase era del 64%. En Noviembre de 1993 los análisis de la trayectoria hechos por Jay Melosh y James Scotti aseguraba ya que los fragmentos llegarían a Júpiter en un periodo de 6 días antes y después del 21 de julio de 1994. La colisión darían a los científicos una oportunidad única para ver dentro de la atmósfera de Júpiter, pues se esperaba que las colisiones causaran erupciones de material de las capas que normalmente están tapadas bajo las nubes.

[editar] Tamaño de los fragmentos

Las primeras estimaciones hablaban de una masa total muy grande, equivalente a un cometa de 40 km de diámetro (7 veces el cometa Halley) Con esta masa, los impactos producirían una deflagración enorme, los efectos se podrían observar con un sencillo telescopio de aficionado y hubo quien especuló con temperaturas del orden de 15 millones de grados capaces de provocar reacciones nucleares.

Las determinaciones del Hubble parecen decir que son más pequeños que lo inicialmente establecido y por tanto sus efectos mucho menores. Los astrónomos estimaron que los fragmentos visibles de SL9 eran del tamaño de unos cientos metros y a lo sumo de un par de kilómetros pero, sugiriendo que el cometa original puede haber tenido un núcleo de unos 5 km (algo más grande que el Cometa Hyakutake que fue muy luminoso cuando pasó cerca de la Tierra en 1996). A mediados de mayo de 1994 el Hubble determinó que por la acción gravitatoria de Júpiter los fragmentos cambian a medida que el cometa se acerca a Júpiter. Uno de los fragmentos más pequeños se había convertido en polvo mientras otro se había partido en dos. Si el proceso siguiera adelante, los efectos serían mucho menores de lo esperado. Había quien pensaba que el suceso podría pasar desapercibido. Se esperaba que según los fragmentos se acercasen al planeta se desperdigarían hasta formar un río de un millón y medio de kilómetros.

Uno pues de los grandes debates era si los efectos del impacto de tales cuerpos pequeños serían observables desde la Tierra, aparte de una llamarada cuando los meteoros se desintegraran por el choque con Júpiter. Para conocer la verdad hubo que esperar al acontecimiento y hoy sabemos que los efectos fueron claramente visibles para muchos telescopios de aficionados.

[editar] Lugar sobre Júpiter del impacto

El impacto tuvo lugar en el hemisferio oculto a la Tierra (la trayectoria de los impactos está entre 3º y 10º por detrás del borde occidental del planeta) por lo que no fueron directamente observables pero la rápida rotación del planeta mostró los efectos del choque a los pocos minutos. No obstante, la sonda Galileo presenció el efecto del choque, en concreto de las emisiones en el espectro infrarrojo debidas al calor generado por el cometa por la fricción con la atmósfera de Júpiter. Este instrumento se hallaba a sólo 240 millones de km de Júpiter (3 veces más cerca que los observadores terrestres.) La zona de los impactos en torno a los 45º S es cercana a la zona templada sur (SSTeZ), donde se presenta un anillo de color blanquecino no fácilmente reconocible. Adicionalmente Júpiter, en la época del impacto, era sólo visible durante un par de horas tras la puesta solar, lo que obligó a coordinar un gran número de observatorios para la observación del suceso.

[editar] Efectos de la colisión: Túnel, onda de choque y onda sísmica

Los efectos de la colisión dividen a los científicos. Está claro que los efectos dependen en gran manera de la masa del fragmento. Cuando un cuerpo sólido entra a gran velocidad en una atmósfera densa como la de Júpiter, libera su energía cinética rápidamente debido al frenado por fricción con el gas atmosférico. Ello le hace arder al igual que un meteoro cuando entra en la atmósfera de la Tierra. Se forma una especie de túnel por donde entra el bólido una onda de choque de gas muy caliente que posteriormente se escapa hacia arriba de la atmósfera por el mismo túnel en forma de pluma de gas. La bola de fuego creada se expandirá rápidamente mientras asciende y aparece por encima de la nube del planeta. Esta eyección de gases calientes será la prueba que se ha producido el choque. La onda de choque actúa como un escudo contra el calor desprendido por la fricción y los fragmentos pueden penetrar bastante en la atmósfera. El material eyectado hacia fuera puede ser trasladado aun más por el campo magnético y producir efectos las auroras y en el cinturón de radiación. Mientras que ondas sísmicas recorren la atmósfera provocando alteraciones en la circulación del planeta. Se espera que estas ondas sísmicas ayuden a obtener información de la estructura de la atmósfera, de la misma manera que un terremoto en la Tierra nos da información de la estructura interior de nuestro planeta. También se preveía un aumento de la niebla en la estratosfera por el polvo de los impactos, y un aumento en la masa del anillo de Júpiter.

Este es el escenario general, pero detalles como la temperatura que alcanza el gas, la energía liberada o la pervivencia de la perturbación dependen de un factor no bien conocido, que es la masa del bólido. Dado que la observación de la colisión era completamente inaudita, los astrónomos eran cautos con sus predicciones de lo que el evento podría revelar.

[editar] Los impactos

[editar] La previsión de los impactos

Conforme se acercaba la fecha para las colisiones los astrónomos preparaban sus telescopios, incluso el Telescopio Espacial Hubble, el ROSAT, satélite de observación de Rayos X y significativamente la sonda Galileo, entonces en su viaje de encuentro con Júpiter fijado para 1996.

Los impactos sucesivos de los 20 fragmentos estaba previsto que tuvieran lugar en las fechas y horas siguientes. También se indica la zona de la Tierra desde donde el planeta era visible en ese instante:

[editar] La observación de los impactos

Manchas oscuras en el hemisferio sur de Júpiter donde impactaron fragmentos del Cometa Shoemaker-Levy 9 en julio de 1994

El primer impacto ocurrió a las 20:18 TUC del 16 de julio 1994, cuando el fragmento A del núcleo golpeó en el hemisferio del sur de Júpiter a una velocidad de aproximadamente 60 km/s. Los instrumentos en la Galileo descubrieron un bólido que alcanzó una temperatura máxima de aproximadamente 24 000  K, que contrasta con la temperatura de la parte alta de las nubes de la atmósfera joviana que tiene una temperatura típica de aproximadamente 130  K, así unos 40 segundos después la temperatura bajó rápidamente a unos 1 500  K . Unos minutos después la Galileo y los observadores desde la Tierra descubrieron la bola de fuego cuando apareció por el limbo del planeta, por la rotación de Júpiter, poco después el impacto inicial.

Los astrónomos habían previsto ver los efectos de los impactos desde la Tierra, pero no tenía ni idea de hasta que punto serían visibles los efectos atmosféricos de los impactos. El impacto más grande fue cuando el fragmento G golpeó Júpiter ocurrió el 18 de julio a 07:34 TUC. Este impacto creó una mancha oscura gigante por encima de los 12.000 km de diámetro, y se estimó como una explosión de energía equivalente a 6.000.000 megatones de TNT. Cuando con un telescopio comercial marca Celestron de 20cm de apertura, un aficionado apuntó a Júpiter la noche del 18 de julio de 1994, apareció una impresionante mancha negra que resultó ser la mancha causada por el fragmento G que había impactado por la mañana. Definitivamente el fenómeno era accesible al gran público.

Durante 6 días, se observaron 20 impactos discretos. Dos impactos 12 horas después el 19 de julio creó una mancha oscura de tamaño similar al causado por el fragmento G, y los impactos continuaron hasta el 22 de julio, cuando el fragmento W golpeó el planeta.

[editar] Los descubrimientos

[editar] Descripción de la entrada de un fragmento

Los astrónomos han observado con cámaras infrarrojas que transforman el calor en imágenes.

La secuencia de acontecimientos en un choque es:

1. Entrada del bólido en la atmósfera que causa un fogonazo 30 segundos por incandescencia del material cometario. Similar al que enciende los meteoros en la atmósfera terrestre.
2. Destello de uno o dos minutos con una intensidad un millón de veces superior al primero, debido a la onda de choque y la explosión del fragmento.
3. A los seis minutos colosal bola de fuego que alcanza una intensidad cien millones superior al primero y que va decayendo a medida que la temperatura disminuye. Las bolas de gas de masa igual o superior a 100 millones de toneladas alcanzaron los 300 km de altura.
4. El resultado del choque son unas manchas negras en la atmósfera y que duraron varios meses. La mancha causada por el fragmento G tiene un color muy oscuro de 8000 km de diámetro y está rodeada de un halo gris de 25000 km. Se cree que la nube está contaminada con material del cometa.

[editar] Los estudios químicos

Impacto del fragmento G del Cometa Shoemaker-Levy 9 en Jupiter.

Los observadores esperaban que los impactos les darían una primera visión de lo que hay por debajo de las nubes que cubren Júpiter, cuando el material que hay por debajo fuera expuesto por los fragmentos del cometa que pasan a través de la atmósfera superior. Los estudios espectroscópicos revelaron la línea de absorción en el espectro joviano debido al azufre (S₂) y al sulfuro de carbono (CS₂), el primer descubrimiento de estas moléculas en Júpiter, y sólo el segundo descubrimiento de S₂ en otro objeto astronómico. Otros elementos que descubrieron incluido el amoníaco (NH₃) y el sulfuro de hidrógeno (H₂S), y la cantidad de azufre indicó que las cantidades de estos elementos era mucho mayor que la cantidad que se esperaría en un núcleo de un cometa pequeño, por lo que se cree que el material provenía de dentro de Júpiter. Esto significa que el cometa ha alcanzado la capa de hidrosulfato de amoníaco entre 35 y 50 km de profundidad en la atmósfera de Júpiter. Si la colisión ha sido así de superficial las grandes manchas oscuras provocadas pueden desaparecer rápido. Para sorpresa de los astrónomos, no se descubrieron compuestos de oxígeno como el dióxido de azufre.

Por espectroscopia de la nubes surgidas tras el choque se han detectado también sodio, helio, litio, manganeso, hierro, silicio y por supuesto azufre. Los seis primeros impactos causaron una distorsión en los niveles de metano que forman el 2% de la atmósfera.

Uno de los elementos más sorprendentes es que no se han encontrado indicios de agua o están en cantidades inferiores a las previstas, significando que o la capa de agua que existe debajo de las nubes era más delgada que lo previsto, o que los fragmentos del cometa no penetraron hasta la profundidad esperada. Los estudios balísticos mostraron que los fragmentos del cometa estaban probablemente rotos y completamente disipados antes de que ellos alcanzaran la capa de agua. Los científicos esperaban ver brillantes nubes blancas en cada uno de los impactos. Sólo tras el impacto Q2 el Instituto Andaluz de Astrofísica detectó agua procedente del cometa y no de Júpiter que no contiene. Esto pone en entredicho si el cuerpo que chocó era realmente un cometa o un asteroide pues mientras el primero contiene agua el segundo no. Aún así el oxígeno que puede contener la roca al reaccionar con el hidrógeno de la atmósfera debería producir agua.

[editar] Otras observaciones

1. Las observaciones de radio revelaron un marcado aumento en la emisión a una longitud de onda de 21 cm después de los impactos más grandes que alcanzaron un máximo de 120% de la emisión normal del planeta. Se pensaba que esto era debido a la radiación sincrotón, causada por la inyección de electrones moviéndose por los impactos a velocidades relativísticas en la magnetosfera Joviana. Este cambio no había sido previsto por los científicos porque las emisiones provienen del cinturón de electrones en torno al planeta.
2. Tras el choque se han observado un aumento de las auroras boreales causado por la entrada de material en la magnetosfera del hemisferio sur.
3. Los impactos más grandes provocaron según el Instituto Astrofísico de Canarias IAC una doble deflagración, observada en todas las frecuencias, esto se asocia a cambios en la luminosidad provocada por la evolución térmica del fenómeno.
4. Como estaba previsto de antemano, las colisiones generaron una enorme onda sísmica que barrió el planeta a las velocidades de 450 km/s y se observó durante más de dos horas después de los impactos más grandes. Estas olas parecían ser la onda de gravedad, que viaja dentro de una capa estable que actúa como una guía de ondas, por la supuesta nube de agua de la troposfera.

[editar] Efectos a largo término

Las cicatrices de los impactos en Júpiter fueron visibles durante muchos meses después del impacto. Ellas eran sumamente prominentes, y los observadores las describieron como más fácilmente visible que la Mancha Roja. Una búsqueda de observaciones históricas reveló que las manchas probablemente eran más prominentes que lo que nadie ha visto en el planeta nunca, y que mientras la Gran Mancha Roja es notable para su llamativo color, ninguna mancha del tamaño y oscuridad de las causadas por los impactos de SL9 se ha visto antes.

[editar] La frecuencia de los impactos

Una cadena de cráteres en Ganimedes, probablemente causado en un evento de impacto similar al SL9

Desde el impacto de SL9, se han encontrado dos cometas muy pequeños girando alrededor de Júpiter. Los estudios han mostrado que el planeta, el más grande del sistema solar, los captura con bastante frecuencia desde la órbita solar.

La órbita del cometa alrededor de Júpiter es generalmente inestable, es altamente elíptica y el cometa es perturbado fuertemente por la gravedad del Sol. Los análisis han estimado la frecuencia de caída en Júpiter en una o dos veces por siglo, pero el impacto de cometas del tamaño de SL9 es mucho menos común, probablemente no más de uno por milenio.

Hay muy fuertes evidencias de cometas que anteriormente se han fragmentado o han chocado con Júpiter y sus satélites. Durante las misiones del Voyager al planeta, los científicos planetarios identificaron 13 cadenas de cráteres en la luna Calisto y tres en Ganimedes, cuyo origen era inicialmente un misterio. Las alineaciones de cráteres vistas en la Luna son causadas a menudo como radiantes de los cráteres grandes, o causados por los impactos secundarios del proyectil original, pero las cadenas de cráteres en las lunas Jovianas no llevan a un cráter más grande. El impacto de SL9 apoyó fuertemente que las cadenas se debían a cometas rotos por la acción de Júpiter y los trenes de fragmentos cometarios formados chocando en los satélites.

[editar] Júpiter como una "aspiradora cósmica"

El impacto de SL9 resaltó el papel de Júpiter como una "aspiradora cósmica" para el sistema solar interno. Los estudios han mostrado que el planeta por la influencia gravitatoria lleva a muchos cometas pequeños y asteroides a chocar con el planeta, y se piensa que la proporción de impactos en Júpiter de cometas es entre dos y diez veces superior que la proporción en la Tierra.

No es fácil que algo similar ocurra en la Tierra. Si SL9 chocase con la Tierra los efectos serían devastadores. "No estaríamos aquí hablando", según expresión de E. Shoemaker. Si Júpiter no estuviera presente, estos cuerpos pequeños podrían chocar con los planetas internos. Se cree que la extinción de los dinosaurios a finales del Cretácico ha sido causada por el impacto que creó el cráter de Chicxulub, y demuestra que los impactos son una amenaza seria para la vida en la Tierra. Los astrónomos han especulado que los acontecimientos de extinción podrían haber sido mucho más frecuentes en la Tierra sin Júpiter, y la vida compleja no se podría haber desarrollado. Hace 20.000 años un meteorito causó en Arizona el cráter Meteor. Fue precisamente Eugene Shoemaker quien desveló su origen. A principios del siglo pasado (1908) en Tunguska (Siberia) un cometa causó la destrucción de una amplia zona de bosque.

[editar] Enlaces externos

• Preguntas frecuentes respecto al cometa SL9 en inglés
• Galería de fotografías del SL9 en inglés
• Apod de Fotos del impacto con Júpiter del SL9 en inglés
• Cometa SL9 Colisión con Júpiter en inglés
• Información sobre los cometas en AstronomíaOnline