Gwiazda z włosami

Chyba nie ma wśród nas osoby, która nie słyszała o  komecie Halleya (nazwa oficjalna 1P/Halley, łac. Cometa Halleiensis). To przecież jedna z najsłynniejszych komet, która nazwana została na cześć angielskiego astronoma Edmunda Halleya (1656 – 1742)[1]. Kometa Halleya znana była już wcześniej ludzkości i obserwowana od tysiącleci. Kiedy w 1682 roku na niebie pojawiła się nieznana kometa, Halley przeprowadził obliczenia elementów jej orbity. Z mechaniki nieba wiadomo, że wyznaczenie orbity parabolicznej jest o wiele łatwiejsze od wyznaczenia elementów orbity eliptycznej. Dlatego też dla nowo odkrytych komet zawsze na początku wyznacza się elementy orbity parabolicznej. Tak samo postąpił Edmund Halley, który wyznaczył elementy orbity parabolicznej komety, która pojawiła się na niebie w 1682 roku, a która to 15 sierpnia 1682 roku przeszła przez peryhelium swojej orbity. Podobne obliczenia Halley przeprowadził dla pozostałych komet pojawiających się w przeszłości (1456, 1531, 1607 rok). W kolejnym kroku dokonał analizy porównawczej otrzymanych wyników. Zauważył, że elementy orbit wykazują duże do siebie podobieństwo. W oparciu o przeprowadzoną analizę stwierdził, że obecnie obserwowana kometa i komety pojawiające się w przeszłości, to w rzeczywistości ten sam obiekt kometarny. W oparciu o wyznaczone elementy orbity, Halley podjął próbę wyznaczenie jej następnego powrotu. Po przeprowadzonych obliczeniach zasugerował, że kometa powinna pojawić się na niebie około 1758 roku. I rzeczywiście pod koniec wyznaczonego roku,  podczas obserwacji astronomicznych, dostrzeżono kometę, która 13 marca 1759 roku przeszła przez peryhelium swojej orbity w odległości 0,5845 AU od Słońca. Ostatecznie w 1835 roku wyznaczono elementy jej orbity eliptycznej.

---

[1] W maju 1679 Edmond Halley został wysłany do Gdańska przez Roberta Hooke’a, aby zweryfikować kwestionowane przez członków Towarzystwa Królewskiego (Royal Society) obliczenia położenia gwiazd dokonywane bez przyrządów optycznych przez Jana Heweliusza, skądinąd także członka Towarzystwa. Do lipca razem z gdańskim astronomem weryfikował obliczenia przy pomocy swych instrumentów, m.in. kwadranta z lunetami. Weryfikacja zakończyła się pomyślnie. (Encyklopedia PWN, Wikipedia)

Ostatni raz kometa Halleya była w pobliżu Słońca w 1986 roku. W dniu 9 lutego 1986 roku przeszła przez peryhelium orbity znajdując się w odległości 0,5871 AU od Słońca. Podczas ostatniego powrotu trajektoria komety na sferze niebieskiej przebiegała przez następujące gwiazdozbiory: Wodnika, Koziorożca, Strzelca, Korony północnej, Skorpiona, Węgielnicy, Wilka, Centaura, Hydry. Kometa zbliżyła się do Ziemi na odległość 0,42 AU w dniu 10 kwietnia 1986 roku.

Ze wstępnych obliczeń wynika, że następny powrót komety nastąpi w 2061 roku, zaś kometa przejdzie przez peryhelium orbity 28 lipca 2061 roku w odległości około 0,5928 AU od Słońca. Mimośród orbity wyniesie przypuszczalnie e=0,9666, zaś jej okres obiegu 74,68 lat. Trajektoria komety powinna przebiegać na tle następujących konstelacji: Byka, Perseusza, Woźnicy, Lutni, Małego Lwa, Lwa, Panny. W dniu 29 lipca 2061 roku kometa powinna znajdować się najbliżej Ziemi w odległości 0,48 AU.

Na podstawie wyznaczonych elementów jej orbity (podczas ostatniego powrotu) obliczono na jaką odległość kometa Halleya zbliżyła się do orbit planetarnych, ale nie do samych planet (tab. 1).

Planeta	Odległość (AU) 1AU=149597870 km
Wenus	0,0486
Ziemia	0,0658
Mars	0,0670
Jowisz	0,78
Saturn	1,75
Uran	4,75
Neptun	7,80

Na podstawie obliczeń oszacowano wstępnie na jaką odległość kometa Halleya zbliży się do orbit planet typu ziemskiego podczas powrotu w 2061 roku (tab. 2).

Planeta	Odległość (AU) 1AU=149597870 km
Wenus	0,053
Ziemia	0,0645
Mars	0,0727

Obecnie kometa zbliża się do aphelium swojej orbity. Punkt ten powinien być osiągnięty w 2024 roku, a kometa powinna się znaleźć w gwiazdozbiorze Hydry.

Kosmiczna para z pędzącego parowozu

W przeciwieństwie do większości obiektów Układu Słonecznego, kometa Halleya porusza się wokół Słońca po orbicie ruchem wstecznym. Płaszczyzna orbity komety Halleya nachylona jest pod kątem 162° w stosunku do płaszczyzny ekliptyki. Z mechaniki nieba wiadomo, że jeżeli płaszczyzna orbity jakiegoś obiektu jest nachylona pod kątem mniejszym niż 90° w stosunku do płaszczyzny ekliptyki to taki obiekt porusza się ruchem prostym. Natomiast gdy kąt nachylenia płaszczyzny orbity obiekt w stosunku do płaszczyzny ekliptyki jest powyżej 90° to ruch jest retrogradacyjny. I tak jest w wypadku komety Halleya. Każdego roku, pod koniec października, tranzytująca po swojej orbicie Ziemia przecina pozostawione przez kometę cząsteczki materii, które podobnie jak para wydobywająca się z lokomotywy, wyrzucane są z jądra komety podczas jej zbliżania do Słońca. Radiant meteorów związanych z kometą Halleya znajduje się w gwiazdozbiorze Oriona, stąd ich nazwa Orionidy. Kometa pozostawia swoje cząstki także oddalając się od Słońca, tworząc w ten sposób drugi “deszcz” meteorów, który występuje na początku maja – Eta Akwarydy.

Meteoroid wpada do atmosfery z dużą ponaddźwiękową prędkością. Średnia prędkość meteoroidu względem Ziemi wynosi średnio w granicach 10 – 70 km/s. Przelot meteoroidu przez powłokę atmosfery trwa bardzo krótko, zaledwie kilka sekund, zatem przewodnictwo cieplne może zostać zaniedbane. Obiekt skalny napotykając ośrodek gazowy doznaje oddziaływania oporu aerodynamicznego ze strony atmosfery. Jego prędkość z czasem zmniejsza się, a jego energia kinetyczna jest zamieniona na energię cieplną obiektu. Wskutek czego meteoroid rozgrzewa się do wysokich temperatur rzędu 3000K. Zakładając model izotermiczny atmosfery ziemskiej oraz oznaczając gęstość wpadającego obiektu, który potraktujemy jako kulistą bryłę o promieniu R,  przez Qm , zależność chwilowej prędkości od wysokości możemy opisać równaniem (Paweł Artymowicz, Astrofizyka układów planetarnych, Wydawnictwo Naukowe PWN, 1995):

Wzrost temperatury powierzchni meteoroidu powoduje, że jego powierzchnia zaczyna się topić i częściowo zamienia się w gaz. Cząsteczki gazu, poruszają się z dużymi prędkościami. Na swojej trajektorii ruchu napotykają cząsteczki atmosfery ziemskiej. W wyniku zderzenia część cząstek ulegnie jonizacji, a część zostanie wzbudzona. Stan wzbudzenia trwa jednak bardzo krótko, zaledwie od kilku sekund do kilku minut i wzbudzone atomy powracają do stanu podstawowego. Przeskakującym elektronom na niższą powłokę towarzyszy emisja fotonu o długości fali w zakresie widma światła widzialnego, natomiast obserwator spostrzeże za poruszającym się obiektem w atmosferze zanikający ślad, który jest właśnie zjawiskiem spadającej gwiazdy. Duża ilość spadających gwiazd nierzadko tworzy efektowne deszcze meteorytów. Najjaśniejsze meteory, których jasność jest większa od jasności planety Wenus (-4^m), nazywamy bolidami.

Jak powstają meteoryty

Niektóre meteoroidy, które przetrwają podróż przez atmosferę docierają do powierzchni Ziemi zderzając się z nią. Uderzenie pędzącego obiektu o powierzchnię Ziemi powoduje powstanie krateru. Docierające meteoroidy do powierzchni Ziemi nazywamy meteorytami. Dużym zaskoczeniem dla świadków tego wydarzenia może być pojawiający się na jego powierzchni szron mimo, że podczas ruchu przez atmosferę ziemską jego powierzchnia rozgrzała się do wysokiej temperatury. Otóż powierzchnia obiektu się rozgrzewała w trakcie ruchu w atmosferze, czas lotu w atmosferze jest na tyle krótki, że wnętrze meteoroidu nie było wstanie się ogrzać, zatem wnętrze obiektu posiada temperaturę przestrzeni kosmicznej. Po dotarciu do powierzchni ziemi powierzchnia meteoroidu bardzo szybka ochładza się, a przylegająca warstwa powietrza ulega izobarycznemu ochłodzeniu osiągając stan przesycenia. Nadmiar pary wodnej osiada w postaci szronu na jego powierzchni.

Komety

To ciała niebieskie złożone z pyłu i odłamków skalnych, które są zamrożone w lodzie, który składa się z wody, metanu, amoniaku, dwutlenku węgla i innych gazów. Często właśnie z tego powodu w literaturze określa się je jako „brudne kule śniegowe”. Jądro komety składa się z lodu i okruchów skalnych i może mieć średnicę od 1 do 50 km. Gdy kometa, wędrując po swojej orbicie, zbliża się do Słońca na odległość około 5 AU, rozgrzewa się i z jej powierzchni rozpoczyna się sublimacja lodu i śniegu. Uwolniony z powierzchni gaz, porywa pył  i tworzy komę czyli otoczkę wokół jądra,. Jej średnica może sięgać czasami miliona kilometrów. Jądro i koma tworzą głowę komety. Gdy kometa wchodzi do wewnętrznej części Układu Słonecznego, wiatr słoneczny i ciśnienie promieniowania słonecznego dosłownie zdmuchują odparowane gazy oraz cząsteczki pyłu z głowy komety. W wyniku tego oddziaływania powstaje długi ogon komety, który odwrócony jest zawsze w kierunku przeciwnym niż Słońce i osiągający długość kilku milionów kilometrów. Na ogół kometa posiada dwa warkocze. Jeden z nich to warkocz jonowy, który zbudowany jest z częściowo zjonizowanego gazu oraz drobnego pyłu. Warkocz jonowy częściowo odbija światło słoneczne, a za świecenie warkocza odpowiedzialne są wzbudzone atomy. Drugi to warkocz pyłowy, który powstaje w wyniku wywierania ciśnienia przez promieniowanie słoneczne.

Na podstawie badań przeprowadzonych przez sondy Giotto, Suisei oraz Sakigake stwierdzono, że jądro komety Halleya jest wydłużoną bryłą materii o rozmiarach 14 km x 7,5 km, która rotuje wokół własnej osi w czasie 52 – 53 godzin, albedo jej powierzchni zmierzono na poziomie 3 – 4%, jądro wyrzucało około 70 ton materii w ciągu sekundy. Obserwacje przeprowadzone w pobliżu jądra komety pozwoliły zidentyfikować następujące cząstki H₂O, NH₃, CO₂, CH₄ oraz C₂, CH , OH, CN, NH₂, NH. W materiale pyłowym stwierdzono obecność węgla , wodoru, azotu, sodu, tlenu, krzemu, magnezu.

Warunki i zalecenia dla obserwatorów Orionidów.

• Najlepszy czas na obserwacje: druga połowa nocy z 21 na 22 października 2022 roku.
• W dniu maksimum Księżyc znajdzie się w fazie między trzecią kwadrą a nowiem (faza ubywającego sierpa Księżyca).
• Radiant: znajduje się na pograniczu konstelacji Oriona i Bliźniąt

Wskazówki do obserwacji: wpierw należy ustalić, na jakiej wysokości i po której stronie świata znajdzie się radiant roju – punkt, z którego pozornie będą nadlatywać Orionidy. Można to zrobić przy pomocy programu, aplikacji lub obrotowej mapy nieba.

Źródło: Tytuł oryginalny: „Periapsis”, Autor: Bartosz Wojczyński, Wydawca: AstroCD – Sylwia Substyk

Następnie warto postarać się tak dobrać miejsce obserwacji, aby kierunek na radiant nie był zakłócany przez światła miejskie, pobliską szosę czy zakład przemysłowy. I ustalić prognozę pogody na ten czas. Obserwujemy niekoniecznie prosto w kierunku radiantu, tylko tak, aby radiant mieć z boku.

Warto pamiętać, że Orionidy należą do szybkich rojów i prędkości wpadających w atmosferę meteoroidów (czyli cząstek roju związanych z kometą) mogą być wysokie, nawet do 70 km/s. Choć zajścia tzw. meteoru stacjonarnego (zmierzającego prosto ku nam) też nie da się wykluczyć.

Godzina maksimum roju jest orientacyjna – istotne jest, abyśmy dobrali odpowiednią noc a meteory powinniśmy oglądać znacznie dłużej niż w trakcie samego maksimum. Dlatego podając maksimum aktywności portale podają zazwyczaj daty graniczne, gdzie prawdopodobieństwo zaobserwowania roju jest wysokie w porównaniu z tłem i tzw. meteorami sporadycznymi.

Położenie radiantu przedstawia rycina (za Sky&Telescope).

W razie dłużej trwających obserwacji polecamy się odpowiednio ubrać (jesienne niebo jest magnesem, ale lepiej przy nim nie skostnieć) i zabrać na miejsce obserwacji – oprócz sprzętu optycznego – termos gorącej herbaty.

Sytuacja synoptyczna na dzisiejszą noc

W nocy Polska pozostanie w zasięgu frontu ciepłego, który o północy powinien dotrzeć do rejonów Polski centralnej. Zachmurzenie duże, a na niebie chmury Ci, Cs, Ac, As. Chmury Stratocumulus początkowo pokryją niebo w Polsce zachodniej i centralnej. Nad ranem jedynie woj. podkarpackie i częściowo lubelskie pozostanie bez dużego zachmurzenia chmurami piętra niskiego.

Temperatura powietrza od 6 st. C., na wschodzie do 12 st. C., na zachodzie kraju. Wilgotność powietrza od 70 do 99 %. Wiatr S i SW, a w północno-wschodnim rejonie SE, 3 – 16 km/h, w porywach do 70 km/h w rejonach górskich (woj. podkarpackim, dolnośląskim).

W nocy przez Polskę będzie przemieszczała się strefa opadów opadów deszczu. W strefie opadów mogą także pojawić się chmury Stratus fractus. W obszarze występowania opadu mżawki, mogą pojawić się chmury Stratus nebulosus opacus. Ograniczenie widzialności poniżej 5 km. Im niższa podstawa chmur Stratus tym mniejszy zasięg widzialności (1,2 – 1,5 km).

Prognoza numeryczna pola zachmurzenia ogólnego (model COSMO) na dzisiejszą noc

Prognoza numeryczna pola zachmurzenia ogólnego (model WRF-ICON) na dzisiejszą noc

Prognoza numeryczna pola zachmurzenia piętra niskiego (model WRF-ICON) na dzisiejszą noc

Prognoza numeryczna pola zachmurzenia piętra średniego (model WRF-ICON) na dzisiejszą noc

Prognoza numeryczna pola zachmurzenia piętra wysokiego (model WRF-ICON) na dzisiejszą noc

Opracowanie:

prof. dr hab. inż. Mariusz Figurski Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB

dr Grzegorz Duniec Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB

dr Marcin Kolonko Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB

mgr Radosław Droździoł Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB

Backend:

mgr Marcin Grzelczyk Centrum Modelowania Meteorologicznego IMGW-PIB