Mikä saa komeetan kääntymään?

[rintape]

Lueskelin tuossa Ursan "Maailmankaikkeus 2009-2010" kirjaa. Siinä komeetta kappaleessa todettiin että jotkut komeetat käyvät kääntymässä lähes puolimatkassa seuraavaan tähteen. No siinä aloin miettimään että miksi se kääntyy takaisin? Kehitin teorian, että komeetan vauhti hidastuu kun se loittonee auringosta, sitten auringon vetovoima saa sen kääntymään ja se syöksyy takaisin meidän aurinkokuntaamme, pyörähtää auringon ympäri ja auringon vetovoima linkoaa sen takaisin avaruuteen. Mutta. Jos se pysähtyy jonnekin ja lähtee kiihdyttämään takaisin aurinkoa kohden, niin silloinhan sen liike-energia on hetken aikaa nolla? Ja silloin kaikki sen "uusi" liike-energia on peräisin auringon vetovoimasta ja sen pitäisi syöksyä suoraan aurinkoon? Jos se taas painaa koko ajan samalla nopeudella, niin silloinhan auringon vetovoima koko ajan heikkenee komeetan etääntyessä ja sen todella pitäisi kadota kotiin maailmankaikkeuteen?

Miten komeetta pysyy radallaan? Miksi se ei syöksy aurikoon tai katoa avaruuteen?

[jaava]

Kyllä gravitaatio pitää komeetan radallaan ihan samoin kuin planeetat ja kuut. Komeetat eroaa vain ratojensa voimakkaan elliptisyyden takia.

No siinä aloin miettimään että miksi se kääntyy takaisin?

Aurinkoon nähden (oikeesti tähän vaikuttaa myös planeetat):
Kun komeetta etääntyy, sen liike-energia muuttuu potentiaalienergiaksi. Kun etääntyminen lakkaa, se "pysähtyy", niin liike-energia on loppuun kulutettu. Toisaalta sen potentiaalienergia on maksimissaan. Jos komeetalla on liike-energiaa niin paljon, että jonkin muun taivaankappaleen vetovoima kasvaa suuremmaksi, ennen "pysähdystä", kuin Auringon, komeetta karkaa.

Jos se kuitenkin palaa kohti Aurinkoa, sen rataan vaikuttaa Auringon liike halki avaruuden, sekä planeettojen liikkeet Auringon ympärillä.

Jonkinlaisen todennäköisyydenkin voisi laskea sille, törmääkö se Aurinkoon. Muutamillehan on laskettu todennäköisyyksiä törmätä meihin, tai maapalloon.

JV

[Lauri Kangas]

Mutta. Jos se pysähtyy jonnekin ja lähtee kiihdyttämään takaisin aurinkoa kohden, niin silloinhan sen liike-energia on hetken aikaa nolla?

Ei pidä paikkaansa. Komeetat kiertävät aurinkoa elliptisellä radalla ja vielä radan kauimmaisessakin pisteessä niillä on vielä nopeutta kohtisuoraan auringon suuntaa vastaan, vaikka auringon suuntainen nopeus onkin hetken ajan nolla. Samoin jos heität kiven ilmaan jossain muussa kulmassa kuin suoraan ylöspäin, on sillä lakikorkeudessaan sivuttaissuuntaista nopeutta eikä se putoa takaisin heittopaikkaan.

Itseasiassa kaikkien planeettojen radat ovat myös ihan samanlaisia. Niidenkin elliptisillä radoilla on piste, jossa kiertonopeus on hitaimmillaan ja etäisyys suurimmillaan. Planeettojen radat vain ovat paljon lähempänä ympyrän muotoa kuin komeettojen radat.

Mitä enemmän vauhtia komeetalla on sen ollessa lähimmillään aurinkoa, sitä kauemmaksi ellipsin toinen pää ulottuu. Jos nopeus on sama kuin ns. pakonopeus aurinkokunnasta, on kääntymispiste äärettömän kaukana eikä komeetta enää palaa auringon luokse. Tällöin sen rata on paraabelin muotoinen ellipsin sijaan. Vielä nopeammat, aurinkokunnan ulkopuolelta tulevat komeetat tulevat auringon lähelle suoraa rataa pitkin, rata taipuu auringon lähellä ja ne poistuvat aurinkokunnasta suoristuvaa rataa pitkin. Tällöin rata on hyperbelin muotoinen.

[rintape]

Planeetat käy vielä ihan maalaisjärkeen. Aurinkokuntahan on syntynyt samasta pyörivästä kaasu ja pölypilvestä tiivistymällä, eli planeetat on ikäänkuin syntyneet valmiiksi pyörimään omalle radalleen. Mutta tuollainen komeetta joka liikkuu hurjaa vauhtia pois aurinkokunnasta, pääsee jonnekin hirvittävän kauaksi kunnes auringon (ja aurinkokunnan) vetovoima kääntää sen takaisin. Sitten se tulee, sanotaan vaikka 300 vuotta takaisinpäin. Siis 300 vuoden ajan auringon vetovoima ohjaa sitä tännepäin suoraan itseään kohti. Ja sitten kuitenkin se sujahtaa ohi. Luulisi noin pitkässä ajassa komeetan radan korjaantuvan pikkuhiljaa törmäyskursille.

Muuttavatko planeettojen vetovoimat rataa sen verran että se menee ohi?

Tekeekö aurinko siis komeettaan nähden jonkinlaisen väistöliikkeen? Liikkuuko aurinko alta pois omalla radallaan?

[Lauri Kangas]

"Väistäminen" johtuu nimenomaan siitä, että komeetalla on vielä kauimmaisessa kääntöpisteessäkin sivuttaista eli auringon suuntaa vastaan kohtisuoraa nopeutta. Tämä nopeuskomponentti ei häviä missään vaiheessa mihinkään, ja se saa aikaan elliptisen radan. Vain jos tämä sivuttaissuuntainen nopeus on nolla, putoaa komeetta suoraan aurinkoon, mutta avaruudessa ei ole minkäänlaista kitkaa joka tuota komponenttia järsisi pienemmäksi.
Vaikka aurinkoa kohti liikkuminen kestäisi 300 vuotta tai enemmänkin, auringon vetovoima voi vaikuttaa ainoastaan omassa suunnassaan, se ei voi hidastaa tuota sivuttaisliikettä.

Samalla tavalla jos maan päällä heität korkeasta tornista kiven vaakasuoraan, on sen vaakasuora komponentti koko lennon ajan vakio ja maan vetovoima kiihdyttää vain suoraan alaspäin osoittavaa nopeuskomponenttia. Siksi kiven osuessa maahan sillä on sekä sivuttaista että pystysuoraa nopeutta, eli kivi ei tule osumaan maahan kohtisuorassa vaan vinossa kulmassa. Todellisuudessa tietysti ilmanvastus hidastaa tuota sivuttaissuuntaista liikettä. Näin ei kuitenkaan käy komeetalle.

Taivaanmekaniikan kannalta planeettojen radat eivät eroa komeetoista mitenkään: Nekään eivät putoa aurinkoon, koska niillä on sivuttaissuuntaista nopeutta. Niiden tapauksessa nopeus on niin iso, että radat ovat lähes ympyröitä. Komeetan radan kaukaisimmassa pisteessä komeetalla pitäisi olla tarpeeksi sivuttaisnopeutta jotta se pysyisi likimain ympyräradalla. Nopeus on kuitenkin paljon pienempi, jonka takia komeetta "putoaa" lähemmäs aurinkoa. Koska sivuttaisnopeus ei kuitenkaan ole nolla, ei komeetta putoa suoraan aurinkoon vaan kiertää sen. Ratansa lähimmässä pisteessä nopeutta taas on niin paljon ympyräradalle (esim. merkuriuksen kaltaiselle) vaadittavaa enemmän, että komeetta nousee takaisin aurinkokunnan äärirajoille.

Muiden planeettojen vaikutuksesta: Suurin osa kaikista komeetoista on paraabeli- tai hyperbeliradoilla eivätkä ne käy auringon lähellä kuin kerran. Ymmärtääkseni kaikki periodiset eli ellipsiradoilla olevat komeetat palaavat auringon luo uudestaan, koska Jupiterin vetovoima on häirinnyt niiden alkuperäisiä ratoja.