La fisica delle comete

In questi giorni si è parlato tanto della cometa C/2020 F3 NEOWISE, che da diverse notti risplende nel cielo ed è stata una delle piacevoli sorprese del 2020. Per me ha rappresentato l’occasione di osservare nuovamente una cometa dopo la Hale-Bopp, che avevo ammirato con gli occhi di un bambino.

Cosa sono le comete? Esse sono dei piccoli corpi celesti, solitamente inferiori ai 50 km di diametro, formate prevalentemente da rocce, polveri e ghiacci di acqua, metano, ammoniaca e anidride carbonica. Le comete, secondo le più attuali teorie, sono ciò che resta dei materiali che hanno formato il nostro sistema solare quasi 5 miliardi di anni fa, e per questo sono di grande interesse per gli astronomi.

Le comete sono di due tipi: quelle di breve periodo, provenienti dalla Fascia di Kuiper, e quelle di lungo periodo, provenienti dalla misteriosa Nube di Oort. Esse sono i copri celesti più neri del sistema solare, riflettendo meno luce dell’asfalto, e conducono una placida e tranquilla esistenza. Tuttavia, a causa di un urto casuale o della influenza gravitazionale di un’altro nucleo cometario o di una stelle vicina, alcune di questi blocchi di tanto in tanto si mettano in moto verso il sistema solare interno lungo orbite molto eccentriche.

La direzione relativamente all’orbita e al Sole della coda di polveri e della coda ionica.

Man mano che si avvicinano al Sole, la temperatura superficiale aumenta fino al punto in cui i ghiacci cominciano a sublimare, formando una vasta e rarefatta atmosfera detta chioma. Il vento solare, infine, spinge la polvere e i detriti lontano dalla cometa formando una lunga coda che può arrivare anche a oltre 150 milioni di km! La coda di polveri delle comete è sempre in direzione opposta al Sole ed è tangente all’orbita, assumendo una forma leggermente arcuata.

Nelle comete si forma anche una coda ionica che affianca la coda di polveri. La coda ionica è sempre diretta lungo la retta che congiunge il Sole con la cometa ed è causata dall’effetto fotoelettrico. La radiazione ultravioletta emessa dal Sole possiede infatti energia sufficiente per ionizzare gli atomi più esterni della chioma, dando origine da una ionosfera formata da particelle cariche positivamente. La presenza di queste particelle cariche ha due effetti: il primo è quello di generare una magnetosfera indotta nella cometa, mentre il secondo è la formazione del cosiddetto “bow shock”, ovvero una regione dove la velocità del vento solare, supersonica, cala bruscamente a contatto con la ionosfera. Il termine italiano che rende meglio l’idea è “onda d’urto”. Nel bow shock, il vento solare si arricchisce di plasma e una volta passato intorno al nucleo cometario da origine alla coda ionica. Le due code possiedono direzioni differenti in quanti i gas, specialmente se ionizzati, sono molto più influenzati dal vento solare e dai campi magnetici rispetto alla polvere.

La cometa Holmes fotografata nel 2007. Notate sulla destra la caratteristica coda ionica azzurra.

Le comete sono anche ricche di composti organici elementari, fatto che negli anni ha suscitato grande interesse per gli astrobiologi. Una delle teorie in fase di studio è che siano state proprio le comete, nelle primissime fasi del sistema solare, ad aver portato sia l’acqua sia i composti organici elementari sulla Terra, che dopo miliardi di anni di evoluzione avrebbero portato alla vita come la conosciamo oggi.

La vita delle comete non è infinita. Se sono abbastanza fortunate da sopravvivere al perielio, ad ogni passaggio intorno al Sole perdono una parte dei loro ghiacci e polveri fino al punto in cui non sarà rimasto più nulla se non un nucleo roccioso. A quel punto, la cometa diventerà uno dei tanti asteroidi inerti del sistema solare.