Halastjörnur

Í tímans rás hefur fólk horft með aðdáun og ótta á halastjörnur. Enska heitið „comet“ á rætur að rekja til gríska orðsins „kometes“ sem þýðir „langt hár“. Babýlóníumenn héldu að halastjörnur væru glóandi skegg og arabar tengdu þær við glóandi sverð. Stjörnur með langt hár birtust oft óvænt á himninum og storkuðu hugmyndum manna um óbreytanlega og guðlega skipulagningu heimsins. Það virtist ómögulegt að slík fyrirbæri birtust af ástæðulausu og settust með stjörnunum nótt eftir nótt. Sú hugmynd vaknaði að halastjörnur væru boðberar válegra tíðinda, t.d. slysa, eða segðu fyrir um fall konungdæma.

Málverk Giottos af fæðingu Jesú sem sýnir halastjörnu

Elstu heimildir um halastjörnu er að finna í kínverskri bók frá 1057 f.Kr. Árið 66 e.Kr. skrifar sagnaritarinn Jósefus um halastjörnu sem hékk á himninum yfir Jerúsalem eins og glóandi sverð í heilt ár. Þúsund árum síðar, árið 1066, sáu normenn halastjörnu á himinum og töldu hana boða fall einhvers konungsdæmis. Segja má að hún hafi að nokkru leyti hrundið af stað innrás normanna í England, þar sem Vilhjálmur sigursæli leiddi þá til sigurs. Halastjarnan sést í dagblaði þess tíma, á Bayeux-reflinum sem sést hér að neðan. Listmálarinn ítalski Giotto málaði árið 1301 mynd af fæðingu Jesú sem sýnir halastjörnu. Halastjarnan sem birtist í Evrópu árið 1466 olli kristnum mönnum í Evrópu miklu hugarangri því þeir óttuðust að guð, sem sendi halastjörnurnar, væri hliðhollur Tyrkjum, sem höfðu þrettán árum áður náð yfirráðum í Konstantínópel.

Á síðari hluta 17. aldar setti Ísak Newton fram þyngdarlögmálið og það var fyrst þá sem ráðgátan um halastjörnurnar leystist. Newton taldi að halastjörnur væru óralangt fyrir utan jörðina, þvert á það sem Aristóteles hélt fram, og sýndi að þær hreyfðust umhverfis sólina á sporöskjulaga brautum. Þetta leiddi til þess að vinur hans, stjörnufræðingurinn Edmond Halley, reiknaði út að halastjörnurnar sem sáust 1531, 1607 og 1682 væru eina og sama halastjarnan. Hann fann út að hún birtist á 76 ára fresti og spáði því að hún sæist aftur 1758. Halley lést 1742 en halastjarnan birtist að honum látnum árið 1758 og var nefnd Halastjarna Halleys honum til heiðurs.

Í dag vitum við að halastjörnur eru um 4,5 milljarða ára „skítugir snjóboltar“ sem eru leifar frá myndun sólkerfisins. Þær eru meðal frumstæðustu hnatta sólkerfisins og gætu innihaldið mikilvægar vísbendingar um myndun þess.

Margar „nýjar“ halastjörnur finnast ár hvert. Flestar halastjörnur ferðast í öruggri fjarlægð frá sólinni sjálfri. Þannig kemur halastjarna Halleys aldrei nær sólu en 89 milljón km, sem þó er 61 milljón km nær en braut jarðar. Sumar halastjörnur falla beint inn í sólina eða koma svo nálægt henni að þær brotna og gufa upp.

Halastjörnum er skipt í tvo hópa

Halastjarnan Ikeya-Zhang sem sást síðla marsmánaðar 2002. Brautartími hennar er um 367 ár.
(Mynd: Snævarr Guðmundsson)

Halastjörnum er skipt í tvo hópa eftir umferðatíma þeirra. Skammferðarhalastjörnur eða umferðarhalastjörnur hafa stuttan umferðartíma, þ.e. eru innan við 200 ár að ferðast umhverfis sólina. Flestar skammferðahalastjörnur koma frá svonefndu Kuipersbelti (frb. Kæpersbelti), svæði sem inniheldur þúsundir ef ekki milljónir íshnatta handan brautar Neptúnusar. Dæmi um skammferðarhalastjörnu er halastjarnan Halley sem hefur 76 ára umferðartíma.

Langferðarhalastjörnur hafa langan umferðartíma, þ.e. eru lengur en 200 ár að ferðast umhverfis sólina. Langferðarhalastjörnur koma frá svonefndu Oortskýi (frb. Úrtský), sem er í yfir 100.000 stjarnfræðieininga (100 þúsund sinnum fjarlægðin milli jarðar og sólar) fjarlægð frá sólu. Sumar halastjörnurnar sem þaðan koma eru jafnvel 30 milljón ár að ljúka einni hringferð um sólu og hafa mjög ílangar brautir. Enginn veit hve margar halastjörnur leynast þar en þær gætu verið yfir billjón (þúsund milljarðar) talsins sem sveima um sólu við jaðar þyngdaráhrifa hennar. Vegna þess hve þessar halastjörnur eru langt í burtu getur þyngdarafl nálægustu fastastjarna truflað brautir einhverra þeirra þannig að þær taki að falla í átt að sólinni. Dæmi um langferðarhalastjörnur eru Hale-Bopp halastjarnan (4200 ára umferðatími) og Halastjarna Machholz.

Í sólfirrð (mestu fjarlægð frá sól) eru halastjörnur algerlega óvirkar. Því er erfitt að greina á milli þeirra og lítilla tungla eða smástirna í ytra sólkerfinu, enda mörg þeirra að miklu leyti úr ís líkt og halastjörnurnar.

Shoemaker-Levy halastjarnan sem brotnaði upp í meira en 20 bergklumpa á braut um Júpíter. Brotin féllu inn í lofthjúp gasrisans í júlí 1994.

Árið 1993 fundu þau Eugene og Carolyn Shoemaker ásamt David Levy halastjörnu á braut um Júpíter sem síðar varð þekkt undir heitinu Shoemaker-Levy 9 (9. halastjarnan sem þau fundu). Svo virtist sem halastjarnan hefði brotnað upp um einu ári áður og í júlí 1994 fylgdust stjörnufræðingar um víða veröld með því þegar 20 brot úr halastjörnunni lentu á Júpíter.

Skilin milli skammferðar- og langferðarhalastjarna eru stundum óljós vegna þyngdaráhrifa sem reikistjörnur hafa á þær. Á ferð inn í sólkerfið getur langferðarhalastjarna hitt fyrir gasrisa eins og Júpíter eða Satúrnus sem breyta þeim í skammferðarhalastjörnur. Nokkrar halastjörnur hafa hlotið þessi örlög þannig að þær haldast alltaf inni í innra sólkerfinu, en engin þeirra hefur greinilegan hala.

Í gegnum tíðina hafa gasrisarnir virkað sem eins konar ryksugur og sópað til sín ótal halastjörnum sem ella hefðu getað valdið usla ef þær hefðu rekist á jörðina. Má leiða líkum að því að þeir hafi gert jörðina að lífvænni stað og greitt þannig götuna fyrir framþróun lífs hér á bláa hnettinum.

Kjarninn

Fasti hlutinn í halastjörnum nefnist kjarni. Hann er úr skítugum vatnsís, ryki og frosnum gastegundum. Kjarninn er oftast fáeinir kílómetrar í þvermál en getur verið fáeinir tugir km í stórum halastjörnum, eins og t.d. Hale-Bopp sem prýddi næturhiminn árið 1996.

Þegar halastjarna Halleys komst í nánd við sól árið 1986 flugu nokkur geimför framhjá henni og tóku myndir af kjarnanum. Á myndinni hér til hliðar, sem evrópska Giotto-geimfarið tók, sést að kjarninn er eins og kartafla í laginu, ósléttur, laus í sér og biksvartur sem kom mjög á óvart. Dökki liturinn er líklega af völdum kolefnis og ryks sem varð eftir á yfirborðinu þegar ísinn gufaði upp.

Stundum standa „gosstrókar“ út úr kjarna halastjarna. Strókarnir eru úr ryki og gasi sem losna frá kjarnanum vegna hitans frá sólinni. Rykið og gasið mynda saman þokuhjúp umhverfis kjarnann og halann.

Halastjörnur hafa mjög lítinn massa og þar af leiðandi afar lítinn þyngdarkraft. Raunar er þyngdarkrafturinn svo lítill að geimfari sem stæði á yfirborðinu gæti hoppað upp og komist á sporbraut um hana. Þetta er nauðsynlegt að hafa í huga fyrir þá geimfara sem ætla að feta í fótspor Bruce Willis og félaga hans í myndinni Armageddon!

Ryk- og gashjúpur

Ryk- og gashjúpur myndast umhverfis kjarna halastjörnu þegar hún nálgast sólina. Þá byrjar ryk- og gas að losna frá honum vegna vaxandi sólarhita og við þetta verður halastjarnan nógu björt til að sjást frá jörðu. Þyngdarkraftur halastjarna er afar veikt og því þarf mjög lítið til að efni losni frá kjarnanum. Venjulega er hjúpurinn milli 100.000 til 1.000.000 km í þvermál. Hann myndast venjulega ekki fyrr en halastjarnan er í um eða innan við 450 milljón km fjarlægð frá sólinni. Þegar Hale-Bopp nálgaðist sól hafði hjúpurinn myndast í meira en 800 milljón km fjarlægð frá sólu sem er mjög óvenjulegt.

Í hjúpnum er mest um vatnssameindir, en þar eru líka lífræn efnasambönd og fleira. Við komu inn í sólkerfið er algengt að halastjörnur tapi um einu prósenti af massa sínum. Þannig eru halastjörnur sem komast oft í nánd við sólina venjulega daufari en halastjörnur sem sjaldan eða aldrei hafa gert slíkt.

Þegar halastjarna dregur í sig útfjólublátt ljós losnar vetni úr vatnssameindum, sem losna frá kjarnanum, og myndar vetnishjúp. Vetnishjúpurinn er að sjálfsögðu mjög þunnur en getur orðið mjög stór og er aðeins mælanlegur fyrir utan lofthjúp jarðar.

Tvískiptur hali og loftsteinadrífur

Halinn er vitaskuld einkenni halastjarna og getur orðið afar tilkomumikill á næturhimninum. Hann verður til þegar sólarljósið og sólvindurinn blæs gas- og rykhjúpnum í átt frá sólinni og vísar hann þess vegna alltaf burt frá henni. Halinn er skiptist venjulega í rykhala og jónahala. Rykhalinn er bjartari og styttri en jónahalinn og venjulega gulleitur en birtan frá honum myndast vegna endurvarps sólarljóss. Hann er yfirleitt 1-10 milljón km á lengd (getur orðið lengri) og stundum örlítið boginn.

Jónahalinn er bláleitur, beinn, vísar alltaf beint frá sólinni og er úr ýmiskonar jónum, einkum kolmónoxíðjónum. Rykhalinn og gashalinn eru ekki endilega alltaf samsíða og geta því verið aðskildir frá hvor öðrum. Jónahalinn er stundum tífalt lengri en rykhalinn og dæmi er um yfir 300 milljón km langan jónahala. Á myndinni hér að ofan, sem er af halastjörnu Halleys, sjást báðir halarnir. Rykhalinn vísar til hægri og er örlítið boginn en jónhalinn, sem er lengri og miklu daufari og mjórri, er alveg beinn og vísar til hægri og aðeins niður.

Staðsetning á geislapunkti loftsteinadrífu ræðst af því hvar jörðin er stödd á braut sinni umhverfis sólu þegar hún fer inn í slóð halastjörnu. Á myndinni er jörðin að fara í gegnum slóð Tempel-Tuttle halastjörnunnar en loftsteinarnir virðast koma frá stjörnumerkinu Ljóninu (leonítar).

Vísindavefnum)

Geislapunktur leonítaloftsteinadrífunnar er í Ljónsmerkinu
(Mynd af

Agnirnar úr halanum verða eftir á braut halastjörnunnar. Fyrir kemur að jörðin ferðast í gegnum agnaslóðina og verða þá gjarnan loftsteinadrífur. Sumar loftsteinadrífur verða reglulega, t.d. Leonítar sem verða þegar jörðin fer inn í slóð halastjörnunnar Tempel-Tuttle milli 15-20. nóvember ár hvert. Halastjarna Halleys veldur svokölluðum Óríonítum í október á hverju ári og halastjarnan Swift-Tuttle veldur svokölluðum Persítum í ágústmánuði ár hvert. Loftsteinadrífurnar virðast koma frá einum geislapunkti og eru kenndar við stjörnumerkið sem hann er í (leonítar koma t.d. frá Ljóninu (Leo)). Skýringarmyndirnar hér til hliðar sýnir hvernig staðsetning geislapunktsins ræðst af legu brautarinnar og færslu jarðar umhverfis sól.

Á Vísindavef Háskóla Íslands birtist

svar við spurningu um leoníta.

Hvað ræður birtu halastjarna?

Birtustig halastjörnu ræðst af nokkrum þáttum. Í fyrsta lagi ræðst birtan af stærð halastjörnunnar og stærð yfirborðsflatarins sem efnið gufar upp af, en yfirborðsflatarmálið vex með geislanum (radíusnum) í öðru veldi.

Í öðru lagi skiptir miklu máli hvað halastjarnan fer nálægt sólu. Ef hún fer nálægt sólu veldur hár hiti á yfirborði stjörnunnar því að efni gufar hratt upp af stjörnunni. Fjarlægð frá jörðu skiptir líka máli því birtustigið fellur með fjarlægðinni í öðru veldi (sem er skiljanlegt þegar haft er í huga að flatarmálið sem geislarnir falla á vex með fjarlægðinni í öðru veldi). Þetta þýðir að ef tvær halastjörnur eru jafnbjartar og önnur er tvöfalt lengra í burtu frá okkur en hin, þá er sú sem er lengra í burtu fjórum sinnum daufari en sú sem er nær okkur (fjarlægðin er 2x meiri og 22=4). Einnig er halinn lengri og tilkomumeiri eftir því sem halastjarnan fer nær jörðu.

Uppruni halastjörnunnar skiptir einnig miklu máli. Stjörnur sem hafa skamman umferðartíma og eru búnar að hringsóla ótal sinnum umhverfis sólina hafa jafnframt losað sig við megnið af því efni sem lá áður frekar laust á yfirborðinu. Virknin á þeim stjörnum er að miklu leyti bundin við stróka sem stíga upp frá sprungum og glufum í yfirborðinu. Yfirborð þessara halastjarna er tiltölulega dökkt því dökkt ryk (m.a. kolefnissambönd) situr eftir þegar ísinn í ystu lögunum hefur gufað upp. Halastjörnur með langan umferðartíma, sem hafa tiltölulega nýlega lent í því að falla inn á við í átt að sólinni, eru með meira magn rokgjarnra efna á yfirborðinu og sólvindurinn blæs því meira efni utan af þeim en fyrrnefnda hópnum.

Loks verður að hafa í huga staðsetningu halastjarna á himninum. Mjög ólíklegt er að þær sjáist héðan á sumrin vegna bjartra sumarnátta. Eins geta þær verið í stjörnumerkjum á suðurhveli, sem sjást alls ekki frá Íslandi, eða í stjörnumerkjum sem sjást illa á þeim árstíma sem þær gera vart við sig á himninum. Hale-Bopp halastjarnan, sem prýddi næturhiminninn á Íslandi veturinn 1996-1997, var til að mynda sérlega áberandi hér þegar hún var í stjörnumerkinu Stórabirni. Á sama tíma sást hún illa eða ekki frá suðurhveli jarðar því Stóribjörn er mjög nálægt norðurpól himins.

Hale-Bopp halastjarnan sem var sérlega áberandi á himninum veturinn 1996-97

Skömmu áður en Hale-Bopp heimsótti jarðarbúa gerði halastjarnan Hyakutake sig heimakomna á næturhimninum (veturinn 1995-1996). Hyakutake var björt vegna þess að þegar hún var næst jörðu var hún í aðeins 15 milljón km fjarlægð (0,1 stjarnfræðieining) en einungis 32 halastjörnur hafa komið nær jörðu frá því að mælingar hófust. Hale-Bopp halastjarnan var aftur á móti á meðal stærstu halastjarna sem sést hafa og var sjáanleg með berum augum í u.þ.b. eitt og hálft ár, sem er met. Ef hún hefði farið jafnnærri jörðinni og Hyakutake hefði hún orðið svo björt að hún hefði sést að degi til og komist þar með í hóp björtustu halastjarna sem sögur fara af.

Ef skoða á halastjörnu er best að fara út fyrir bæinn á þeim tíma sem hún er tiltölulega hátt á himni. Með þessu móti er hægt að draga úr áhrifum ljósmengunar og lofthjúpsins (þurfum að horfa mun lengri vegalengd í gegnum lofthjúpinn þegar fyrirbæri eru lágt á himninum). Einnig er gott að hafa í huga að það tekur augun allt að 30 mínútur að venjast myrkrinu. Halastjörnur er best að skoða með handsjónauka eða stjörnusjónauka.

Rannsóknir á halastjörnum

Myndskeið sem sett var saman úr myndum frá Stardust geimfarinu sem fór framhjá halastjörnunni Wild 2 í janúar 2004.

Eftir að geimför höfðu verið send til tunglsins og innri reikistjarnanna kom röðin að halastjörnunum. Hér að ofan var greint frá rannsóknum á Halastjörnu Halleys þegar hún kom í grennd við jörðina 1986. Þrettán árum síðar skaut NASA á loft Stardust-geimfarinu sem fór til móts við halastjörnuna Wild 2 í janúar 2004. Þar safnaði hún sýnum úr halanum sem komast vonandi heilu og höldnu til jarðar í janúar 2006.

Þekktasta verkefnið sem nú stendur yfir nefnist Deep Impact og snýst um að sprengja gíg á halastjörnunni Tempel 1 og losa þannig efni úr innviðum halastjörnunnar sem vísindamenn geta greint með geimfarinu og sjónaukum á jörðinni.

Kom lífið til jarðar með halastjörnum?

Í sögu jarðar kom oft fyrir að halastjörnur rákust á jörðina. Slíkir árekstrar léku stórt hlutverk í þróun jarðar, sér í lagi snemma í sögu hennar, fyrir milljörðum ára. Margir vísindamenn telja að vatnið á jörðinni og lífræn efnasambönd sem komu lífinu af stað hafi að hluta til komið frá halastjörnum. Þetta er ein helsta ástæðan fyrir því hve vísindamenn eru spenntir fyrir því að rannsaka halastjörnur.

Myndir

Bayeaux-refillinn

Bayeux-refillinn er varðveittur og sýndur í Bayeux í Normandí í Frakklandi. Ekkert vitað með vissu um uppruna hans en líklega skipaði Odo biskup frá Bayeux, hálfbróðir Vilhjálms sigursæla fyrir um gerð hans. Refillinn er yfir 70 metra langur og segir frá innrásinni í Hastings 1066. Sagan sem þessi hluti refilsins segir er hér að neðan.

Haraldur er krýndur konungur Englands 6. janúar 1066 en fyrr um morguninn hafði Játvarður verið jarðaður. Nýi konungurinn situr í hásæti sínu með aðalsmenn á vinstri og erkibiskupinn Stigand á hægri hönd. Lengra frá fagnar fólki honum. Lengst til hægri birtist halastjarnan Halley sem fólk telur illan fyrirboða og óttast hana. Fréttir um halastjörnuna berast Haraldi og fyrir neðan hann birtist draugalegur skipafloti - vísbending um innrás normanna.

Halastjarnan Wild 2

Hinn 2. janúar 2004 flaug bandaríska geimfarið Stardust nærri halastjörnunni Wild 2 (frb. Vilt 2), tók nokkrar myndir og safnaði sýnum frá henni. Á myndunum sáust óvenju margir stórir gígar og fjöldi gosstróka. Halastjarnan er um fimm kílómetrar í þvermál. Sýnin frá halastjörnunni lenda í eyðimörkinni í Utah í janúar 2006.
(Mynd: NASA/JPL)

Halastjarna Borrelly

Þessa mynd af ís- og bergkjarna halastjörnunnar Borrelly tók Deep Space 1 geimfarið 22. september 2001 úr 3300 km fjarlægð. Kjarninn er 8 km langur og á honum sjást sléttur og björt svæði.

Deep Space 1 lauk sínu meginviðfangsefni, sem var að prófa jónavél og ellefu önnur hátæknitæki, í september 1999. NASA lengdi ferðina og nýtti jónavélina til að fljúga framhjá halastjörnunni.
(Mynd: NASA/JPL)

Halastjarna Halleys

Þekktasta halastjarna sögunnar sést á þessari mynd frá 1986 þegar hún kom síðast næst jörðu. Braut hennar er nokkuð ílöng og þegar hún er fjærst sólu fer hún út fyrir braut Neptúnusar. Hún er 76 ár að ljúka einni hringferð um sólu.

Kjarni Halley halastjörnunnar

Þessa mynd af kjarna halastjörnu Halleys tók evrópska geimfarið Giotto hinn 13. mars 1986. Á myndinni sjást gosstrókar þar sem efni kastast upp af yfirboðrinu. Kjarninn er mjög dökkur, endurvarpar ekki meira en 4% af sólarljósinu. Geimfarið komst næst halastjörnunni í 596 km fjarlægð. Eftir að hafa rannsakað Halley flaug geimfarið til móts við halastjörnuna Grigg-Skjellerup þann 10. júlí 1992.
(Mynd: ESA)

Halastjarnan NEAT

Þessi mynd af halastjörnunni C/2004 Q4 (NEAT) tók 0,9 metra breiði WIYN-sjónauki á Kitt Peak fjalli við Tucson í Arizon hinn 7. maí 2004.

Það var Near Earth Asteroid Tracking (NEAT) sem uppgötvaði halastjörnuna hinn 24. ágúst 2001.
(Mynd: Richard Jacobs, M.D.)

Heimildir og ítarefni:
Universe. 2004. Freedman, Roger A., Kaufmann, William J. W.H. Freeman & Company, New York.
Sagan, Carl. 1980. Cosmos. Random House, New York.
Sagan, Carl. 1997. Comet, revised edition. Ballantine Books, New York.
Reddy, Francis „Comets“ 18. júlí 2004 skoðað 11. janúar 2005. http://www.astronomy.com/asy/default.aspx?c=ss&id=78
http://encke.jpl.nasa.gov/
http://cometography.com/
http://www.comethunter.de/
http://www2.jpl.nasa.gov/sl9/

Til baka á forsiðu

Opna Stjörnufræðivefinn í nýjum glugga
Til baka á forsiðu

Meira um halastjörnur

Sólkerfið

Deep Impact verkefnið

Slóðir á aðra vefi

Annálaðar kómetur