Részei
Az üstökösök a Naprendszer egyik leglátványosabb égitesttípusát alkotják. Annak ellenére, hogy időnként rendkívül feltűnőek, valójában kisméretű, nehezen megfigyelhető, sötét objektumok. Csak a Nap közelében tündökölnek látványosan, központi csillagunktól távol az észrevétlenség homályába burkolóznak.
Az üstökös lelke az üstökösmag. Ez egy km-es, néhány tíz-száz méteres objektum, szén, szilikát és egyéb szilárd szemcsékből áll, melyeket nagy mennyiségben jelenlévő fagyott gázok ragasztanak össze (főleg vízjég, ammónia, metán, széndioxid, szénmonoxid). Több szempontból is a kisbolygókra hasonlítanak, azoktól csak naptávolságban és összetételben különböznek. (A kisbolygók tulajdonképpen a Naprendszer belső területén kialakult „száraz üstökösmagoknak” tekinthetők. Az utóbbi évtizedek kutatási eredményei arra utalnak, hogy a két égitesttípus között nehezen húzható határ, átmeneti objektumok is léteznek.) Az üstökösmagok az óriásbolygókon túl találhatók, és egy hatalmas felhő formájában veszik körül a Naprendszert. Életük nagyrészét ebben az üstökösfelhőben töltik, ekkor halvány, inaktív égitestekként keringenek a Nap körül.
Csak akkor válnak feltűnővé, és nyerik el közismert megjelenésüket, amikor pályájukon központi csillagunk közelébe érnek. Az őket érő egyre erősebb napsugárzás hatására felmelegszenek, és a felszínükön található anyag szublimálni, párologni kezd. Mivel egy ilyen kis égitestnek nincs számottevő gravitációs tere, ezért légkörének gázai szabadon távozhatnak, és így nagyméretű, diffúz gázburkot alkotnak körülötte – ezt nevezik kómának, vagy fejnek. A kómát alkotó gázmolekulák és atomok a napsugárzás hatására egyszerűbb molekulákká, atomokká, ionokká disszociálnak. A kóma gázanyaga kölcsönhatásba lép a Nap sugárnyomásával és a napszéllel.
A Nap sugárnyomása a kis porszemcsékre a Nappal ellentétes irányú erővel hat, amelyek így a Nappal ellentétes irányba mozdulnak el. A fénynyomás hatására lemaradt porszemcséknek a hosszú, enyhén görbülő sorát nevezzük porcsóvának. Az ioncsóva ionizált részecskékből áll, amelyeket a napszél töltött részecskéi ragadnak magukkal, ezek alkotják az egyenes ioncsóvát. (A csóvák hossza akár a több millió kilométert is elérheti.) Minden egyes napközelség alkalmával az üstökös tehát anyagot veszít, így egy idő után fokozatosan elfogy. (Az anyagveszteség mértéke sok tényezőtől függ, a Föld távolságában általában másodpercenként tonnás nagyságrendű.) Az üstökösök anyagvesztésük révén nagy mennyiségű port szórnak szét pályájuk mentén, ezek a portömegek alkotják a meteorrajokat. (Meteorrajokat ezek mellett kisbolygók is létrehozhatnak.)
Az üstökös kómájának, gáz- és porcsóvájának kialakításában a Nap elektromágneses sugárzásain kívül a napszélplazmával való kölcsönhatásoknak is alapvető a szerepük. A Hyakutake (C/1996 B2) és a Hale-Bopp (C/1995 O1) esetében pedig még az üstökösök röntgensugárzását is felfedezték. Több elképzelés is van arról, hogy milyen fizikai mechanizmus vált ki röntgensugárzást a Nap felőli oldalon a külső kómában, de a folyamatok részleteinek tisztázásához még sok megfigyelés szükséges.
Típusai
Keringési idejük alapján
A hosszúperiódusú üstökösök
A hosszúperiódusú üstökösök keringési ideje 200 évnél nagyobb, a Naptól messzire eltávolodnak, életük nagyrészét a bolygók térségén kívül töltik. Pályahajlásuk eloszlása véletlenszerű, nem mutatnak koncentrációt az ekliptika síkjában, az Oort-felhőből származnak.
A rövid periódusú üstökösök
A rövid periódusú üstökösök keringési ideje 200 évnél rövidebb, ezek életük nagyrészét a bolygók közötti térségben töltik. Pályahajlásuk erős koncentrációt mutat az ekliptika síkjában, valószínűleg a Kuiper-övből származnak. Naptávolpontjaik egy-egy bolygópályánál halmozódnak, főleg az óriásbolygókénál. Ennek oka, hogy a nagytömegű bolygók gyakran változtatnak a fősíkban keringő üstökösök pályáin és keringési idejükön.
Égi mechanika alapján
Ekliptikai üstökösök
Az ekliptikai üstökösök forrásvidéke a Neptunusz bolygó pályáján túli (transzneptun) övezet, amelynek része a Kuiper-öv. A régi elképzelés szerint az Oort-felhő üstökösei a Naprendszer belső térségeibe kerülve az óriásbolygók (főleg a Jupiter) gravitációs perturbáló hatására vagy kiszóródtak a Naprendszerből, vagy pedig rövid keringési idejű és az ekliptika síkjához közeli pályára térültek el, és ezek lettek az ekliptikai üstökösök. Ez a folyamat nem elég hatékony, és nem magyarázza meg a sok ekliptikai üstököst, tehát más forrást kell feltételezni az ekliptikai üstökösök folyamatos utánpótlására. Az új elmélet szerint a forrásvidék a transzneptun övezet.
Közel-izotrop pályaeloszlású üstökösök
Oort-felhőből először beljebb kerülők
Az OOrt-felhő egy gömbszimmetrikus térrész, amely néhány tízezer csillagászati egység távolságnál kezdődik és a Naptól mintegy 1-1,5 fényévig terjed, addig a határig, ameddig a Nap gravitációs hatása dominál. A becslések szerint billiónyi kis jeges-poros üstökösmagot tartalmaz.
Halley-típusúak
Az úgynevezett Halley-típusú üstökösökről azt feltételezik a tudósok, hogy ezek mind hosszú keringési idejű üstökösök voltak, ám óriásbolygók gravitációja eltérítette őket eredeti pályájukról, és a Naprendszer belső részei felé módosult pályájuk.
Az üstökösök sorsa
A Jupiter család üstökösei (JFC) és a hosszúperiódusú üstökösök (LPC) úgy tűnik, hogy meglehetősen eltérő módon halványulnak el. A JFC-k aktívak maradnak a körülbelül 10 000 éves vagy 1000 keringésnyi élettartamuk alatt, míg az LPC-k sokkal hamarabb eltűnnek. Az LPC-knek csak 10%-a él túl több mint 50, Naphoz közeli perihélium-áthaladást, és csak 1%-a több mint 2000-et. Végül az üstökösmagban található illékony anyag nagy része elpárolog, és az üstökös egy kis, sötét, élettelen szikladarab marad, ami egy kisbolygóra hasonlít. Az is ismert, hogy egyes üstökösök nagyobb darabokra szakadnak, ahogy az a Schwassmann-Wachmann 3 üstökössel történt 2006-ban. Ezt okozhatja a Nap vagy egy nagyobb bolygó árapályereje, az illékony anyag „robbanása”, vagy más, még ismeretlen ok is.
Néhány üstökös jóval látványosabb véget ér – vagy a Napba zuhan, vagy egy bolygónak vagy más testnek ütközik. A korai Naprendszerben az üstökösök és bolygók valamint holdak ütközése gyakori volt: a holdkráterek némelyikét feltehetően üstökösök becsapódása okozhatta. Nemrégiben egy bolygó és egy üstökös ütközése következett be, amikor 1994-ben a Shoemaker–Levy 9 darabjaira szakadva a Jupiterbe zuhant.
A korai Földbe számos üstökös és kisbolygó csapódott be. Sok tudós hiszi, hogy a fiatal Földet bombázó üstökösök (körülbelül 4 milliárd éve) juttatták el bolygónkra azt a nagy mennyiségű vizet, ami ma az óceánokat megtölti, vagy legalábbis annak jelentős részét. Más kutatót kételkednek ebben a feltevésben. A szerves molekulák kimutatása az üstökösökben olyan spekulációkhoz vezetett, hogy az üstökösök, vagy meteoritok hozhatták az élet előfutárait – vagy magát az életet – a Földre. Még mindig sok földközeli üstökös van, de egy kisbolygóval való ütközés jóval valószínűbb, mint egy üstökössel.
Gyanítható, hogy az üstökös-becsapódások hosszú időskálán mérve a Holdra is jelentős mennyiségű vizet juttattak el, amelynek egy része holdjég formájában maradhatott meg.