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a cura di Luca Torrini (Luca.Torrini@studenti.ing.unipi.it)

Il Nucleo

Tutta la fenomenologia di una cometa trae origine da un nucleo monolitico poco coerente, avente albedo (rapporto percentuale tra luce riflessa e luce incidente) e densità piuttosto basse e dimensioni dell’ordine della decina di chilometri. Per esempio, il nucleo della Halley, dopo il passaggio ravvicinato della sonda Giotto nel 1986, è risultato una sorta di "patata" lunga circa 16 Km e larga circa 8 Km * 7 Km. La bassa coesione dei nuclei cometari si è manifestata in diverse occasioni, nel passato, con la loro facile frammentazione (per esempio la cometa West del 1975, o la Schoemaker-Levy 9 tra il1993 e il1994) causata da effetti mareali del Sole o dei pianeti.

Un nucleo cometario è composto di polveri e di ghiacci volatili, nel senso che sono capaci di passare facilmente allo stato di vapore. Questi ghiacci comprendono come composto principale l’acqua che da sola ne costituisce fino all’80% della massa. Le molecole d’acqua hanno l’esigenza di formare tra loro il numero massimo di legami "a idrogeno", e questo è vero specialmente allo stato solido, tanto che il ghiaccio presenta una struttura cristallina ricca di cavità ed ha un volume maggiore del liquido da cui deriva, per cui galleggia sull’acqua. Tali cavità costituiscono come una "gabbia" nella quale possono restare intrappolate piccole molecole quali monossido di carbonio (circa il 10% della massa), diossido di carbonio (circa il 10% della massa) e quantità minori di ammoniaca, metano, cianuro di idrogeno. Questi aggregati prendono il nome di "clatrati" dal latino clatratus che significa "ingabbiato".

La disgregazione dei clatrati di un nucleo cometario avviene quando esso dista dal Sole meno di 5 U.A., ma diventa veramente significativa entro 3 U.A., quando il calore solare è abbastanza intenso da provocare la sublimazione del ghiaccio (passaggio diretto dalla fase solida a quella gassosa). In questa situazione si verifica la contemporanea vaporizzazione delle molecole intrappolate e dell’acqua che le circonda; nel caso della Halley fu misurato un flusso di 500 Kg di acqua e di 50 Kg di diossido di carbonio al secondo.

Nelle comete che per la prima volta nella loro vita si avvicinano al Sole il ghiaccio d’acqua potrebbe esistere in una struttura disordinata, non cristallina e perciò amorfa, che si trasformerebbe nella struttura cristallina ordinata durante l’avvicinamento al Sole, tra circa 6 e 3 U.A. di distanza. La trasformazione, se si realizza, porta alla liberazione di calore, che potrebbe essere tra le cause dell’attività eruttiva osservata in nuclei cometari distanti dal Sole più di 3 U.A.

La superficie del nucleo della Halley è ricoperta da uno strato di materiale molto scuro al quale si deve la bassa albedo. L’assorbimento della radiazione solare da parte di questo strato scurissimo determina un riscaldamento del nucleo tale da portarne la temperatura a livelli imprevisti. Nel caso del nucleo della Halley, la temperatura registrata alla distanza di 0.83 U.A. dal Sole fu di 320K (circa 47°C), ben più elevata di quella prevista che si aggirava attorno ai 190K. La composizione di questo materiale superficiale non è nota, ma è probabilmente simile a quello della polvere rilasciata dal nucleo e che forma una delle due code, ricca di carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto.

La morfologia del nucleo della Halley ha rivelato crateri e lunghe colline, certamente nate in seguito ai numerosi impatti ai quali è andato soggetto durante la sua formazione, avvenuta nella regione del sistema solare dove sono nati i pianeti giganti. I nuclei cometari sono tra i corpi più antichi che possiamo studiare, dai quali possiamo ricavare informazioni sugli avvenimenti di 4.6 miliardi di anni fa, quando i pianeti e la terra si sono formati dalla nebulosa primordiale da cui era già nato il Sole. Le comete quindi conserverebbero pressochè inalterati i minerali e i ghiacci che si sono aggregati spontaneamente nella regione dei pianeti giganti e questo giustifica l’interesse che suscitano.

Il nucleo della cometa di Halley, come probabilmente la maggior parte dei suoi consimili, è dotato di un moto di rotazione, alquanto complesso e non ancora conosciuto nei dettagli attorno ai propri assi.

Non tutta la superficie di un nucleo cometario è interessata dall’eruzione di gas e polveri che producono la chioma e la coda. Sul nucleo della Halley è stato possibile identificare un numero ristretto di regioni attive (circa il 10% della superficie) e anche queste diventano tali solo quando sono direttamente illuminate dal Sole. La combinazione di pochi centri attivi con fasi intermittenti di eruzione e con la complessa rotazione del nucleo, genera intorno a questo una serie di getti spiraliformi la cui morfologia è in diretto rapporto con quei fenomeni.

Nel concludere questa parte dedicata ai nuclei cometari è necessario segnalarne l’inosservabilità, infatti un corpo di 10 Km di diametro è risolvibile con un telescopio di 120 mm se si trova ad una distanza inferiore ai 2 milioni di Km circa. D’altra parte un avvicinamento a tale distanza rappresenterebbe uno "sfioramento" del nostro pianeta, un avvenimento che, sebbene non impossibile, è in realtà molto raro. Le distanze Terra-cometa sono di solito maggiori così che un nucleo cometario generalmente non è osservabile. Alla distanza di 1 U.A. la minima formazione osservabile con un 120 mm ha dimensioni di circa 700 Km, di circa 1400 Km a 2 U.A. e così via. Ciò significa che con strumenti amatoriali non si può sperare di studiare altro che la regione circumnucleare a grande scala, detta chioma. Spesso però, al centro della chioma è osservabile un "falso nucleo" di apparenza molto compatta, ma tale struttura è collegata alla regione di massima densità eruttiva che si trova immediatamente attorno al nucleo vero e proprio.