Κομήτης

Οι κομήτες είναι ουράνια σώματα που σε αντίθεση με τους απλανείς αστέρες και τους πλανήτες παρουσιάζουν όψη νεφελώδη (κόμη), ενώ η ύλη από την οποία συνίστανται μερικές φορές επιμηκύνεται υπό μορφή μακριάς ουράς όταν διέρχονται κοντά από τον Ήλιο. Αυτά τα φαινόμενα παρατηρούνται εξαιτίας της δράσης της ηλιακής ακτινοβολίας και του ηλιακού ανέμου στον κομήτη. Όταν πλησιάζει τον Ήλιο η ηλιακή θερμότητα τον ζεσταίνει και χάνει τα πτητικά υλικά από τη επιφάνεια του, από σχισμές που δημιουργούνται καθώς τα υλικά εκτοξεύονται με μεγάλη ταχύτητα, γύρω στα 1000 μέτρα το δευτερόλεπτο. Έτσι εκτοξεύονται ιόντα νερού (που εξαχνώνονται από τον πάγο), διοξείδιο του άνθρακα, σκόνη, οργανικές ενώσεις και μικρά πετρώδη κομμάτια με αποτέλεσμα να δημιουργούνται στο διάστημα δυο ουρές, η ουρά σκόνης και η ουρά ιόντων που παρασύρει ο ηλιακός άνεμος.
Οι διαστάσεις του πυρήνα του κομήτη κυμαίνονται από μερικά μέτρα μέχρι δεκάδες χιλιόμετρα και αποτελείται από χαλαρά συνδεδεμένο πάγο, σκόνη και πετρώματα.
Οι κομήτες περιφέρονται γύρω από τα άστρα σε διάφορες τροχιές και έχουν τροχιακές περιόδους από λίγα μέχρι χιλιάδες χρόνια. Υπάρχουν δύο κύριες πηγές, το Νέφος του Όορτ και η Ζώνη του Κάιπερ. Το Νέφος του Όορτ βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση από τον Ήλιο και θεωρείται ότι περιλαμβάνει περίπου ένα τρισεκατομμύριο πυρήνες κομητών. Ενίοτε, λόγω βαρυτικών αλληλεπιδράσεων με γειτονικά άστρα, μεσοαστρικά νέφη, τους πλανήτες του Ηλιακού Συστήματος ή με το σύνολο του Γαλαξία, οι πυρήνες αυτοί αρχίζουν να κατευθύνονται προς το κέντρο του Ηλιακού Συστήματος. Σπάνια, κομήτες με υπερβολική τροχιά κατευθύνονται προς τον Ήλιο και μετά απομακρύνονται τελείως από αυτόν, ενώ άλλοι λόγω αλληλεπιδράσεων με τους πλανήτες αποκτούν πολύ μικρότερες τροχιακές περιόδους. Υπάρχουν όμως και κομήτες με πολύ μικρές τροχιακές περιόδους. Η προέλευση αυτών των κομητών θεωρείται η Ζώνη του Κάιπερ, η οποία αρχίζει αμέσως μετά την τροχιά του Ποσειδώνα.

Πρώτες παρατηρήσεις και θεωρίες

Οι κομήτες είναι γνωστοί για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα στην ανθρωπότητα και συνήθως θεωρούνταν από τους ανθρώπους ως οιωνοί κακών ειδήσεων. Στο έπος του Γκιλγκαμές αναφέρεται ότι την εμφάνιση ενός κομήτη συνόδευσαν πλημμύρες, φωτιά και θειάφι. Η λέξη κομήτης στην αρχαία ελληνική γλώσσα κομήτης σήμαινε εκείνος που άφηνε μακριά μαλλιά, ο «καρηκομόων». Έτσι στην αρχαιότητα οι «κομήτες» ή οι «αστέρες κομόεντες», όπως λέγονταν από τους Έλληνες, λάμβαναν, πρόσθετα, διάφορα ονόματα-επίθετα ανάλογα της όψης τους, όπως: ξιφίαι, ακοντίοι, κερατίοι, πωγωνίοι, πυθίοι, δισκοειδείς, ίππειοι, κυπάρισσοι και λαμπαδίαι. Παρόλα αυτά, οι αρχαίοι Έλληνες, σε αντίθεση με τους Βαβυλώνιους και τους Κινέζους, δεν τηρούσαν αρχεία για την εμφάνιση και την τροχιά των κομήτων, και έτσι οι αναφορές που υπάρχουν είναι διάσπαρτες.
Οι Πυθαγόρειοι θεωρούσαν τους κομήτες ένα είδος πλανήτη, ο οποίος ήταν σπάνια ορατός χαμηλά στον ορίζοντα πριν την ανατολή ή μετά τη δύση του Ηλίου. Ο Αναξαγόρας και ο Δημόκριτος θεωρούσαν ότι οι κομήτες δημιουργούνταν από την ένωση δύο πλανητών. Ο Αριστοτέλης στο έργο του Μετεωρολογία, θεωρούσε ότι οι κομήτες, μαζί με τον Γαλαξία και τους διάττοντες αστέρες, είναι στην πραγματικότητα ατμοσφαιρικά φαινόμενα. Θεωρούσε ότι οι κομήτες δημιουργούνταν από μια μάζα ζεστού αέρα που δημιουργείται από τη θέρμανση της Γης από τον Ήλιο. Μόλις φτάσει σε κατάλληλο ύψος, το αέριο αυτό αναφλέγεται και δημιουργεί τους κομήτες. Με αυτό τον τρόπο, η ουράνια περιοχή παρέμενε σε τάξη.
Η θεωρία του Αριστοτέλη ήταν αποδεκτή για παραπάνω από μια χιλιετία. Ο Σενέκας ο Νεότερος στο έργο του Naturales quaestiones αναφέρει και άλλες απόψεις, π.χ. ότι είναι ξεχωριστά ουράνια σώματα, όπως ο Ήλιος και η Σελήνη. Ο ίδιος πίστευε ότι αποτελούνται από άυλη φωτιά. Ο Κλαύδιος Πτολεμαίος στο έργο του Αλμαγέστη δεν αναφέρει τους κομήτες, αν και στο έργο του Τετράβιβλος τους αναφέρει ως ουράνια σώματα. Οι πρώτες αμφιβολίες για την ατμοσφαιρική φύση των κομήτων εκφράστηκαν από τους Θωμά Ακινάτη και τον Ρότζερ Μπέικον, στο έργο του Opus Tertium του 1267. Από το 1433 μέχρι το 1472, ο Πάολο Τοσκανέλλι πραγματοποίησε λεπτομερείς παρατηρήσεις κομητών, ανάμεσα στους οποίους και ο κομήτης του Χάλεϊ το 1456. Το 1577 ο Τύχο Μπράχε υπολόγισε με βάση την παράλλαξη ότι ένας λαμπρός κομήτης ορατός εκείνη τη περίοδο βρισκόταν τουλάχιστον τέσσερις φορές μακρύτερα από τη Γη σε σχέση με το φεγγάρι, αποδεικνύοντας ότι η θεωρία του Αριστοτέλη ήταν λάθος. Ο Μίκαελ Μάστλιν παρατηρώντας τον ίδιο κομήτη υπέθεσε ότι η τροχιά του ήταν κυκλική.

Υπολογισμός τροχιάς

Η ανακάλυψη του τηλεσκοπίου έδωσε μεγάλη ώθηση στη μελέτη των κομητών. Ο πρώτος κομήτης που παρατηρήθηκε με τηλεσκόπιο ήταν ο πρώτος από τους τρεις λαμπρούς κομήτες του 1618. Πάνω στα τηλεσκόπια επίσης τοποθετήθηκαν μικρόμετρα, τα οποία βοήθησαν στον ακριβή εντοπισμό της θέσης των κομητών και των άλλων ουράνιων σωμάτων, γεγονός το οποίο βοήθησε τον υπολογισμό, μαζί με την χρήση των λογαρίθμων, των διαφορών μεγεθών των κομητών και τον τρόπο με τον οποίο αυτοί κινούνται στον ουρανό. Το 1610 ο Σερ Γουίλιαμ Λόουερ πρότεινε ότι οι κομήτες κινούνται σε πολύ επιμηκυσμένες ελλειπτικές τροχιές, ενώ οι Ρόμπερτ Χουκ και Τζιοβάνι Μπορέλι πρότειναν ότι κινούνται σε παραβολικές τροχιές. Από την άλλη ο Γιόχαν Κέπλερ και ο Γαλιλαίος υποστήριζαν ότι οι κομήτες κινούνταν σε ευθείες γραμμές.
Το θέμα επιλύθηκε από τον λαμπρό κομήτη που ανακαλύφθηκε από τον Γκότφριντ Κιρχ στις 14 Νοεμβρίου 1680. Ο κομήτης αυτός ήταν επίσης ο πρώτος που ανακαλύφθηκε με τηλεσκόπιο. Οι αστρονόμοι σε όλη την Ευρώπη παρακολουθούσαν τη θέση του για αρκετούς μήνες. Στην αρχή υπήρχε η άποψη ότι ήταν δύο κομήτες, αλλά το 1681 ο Σάξονας πάστορας Γκέοργκ Σάμουελ Ντόερφελ παρουσίασε αποδείξεις του ότι ήταν ένας κομήτης που κινείται σε παραβολική ο Ήλιος είναι η εστία και παρατηρήθηκε πριν και μετά το περιήλιο. Κατόπιν ο Ισαάκ Νεύτων, στο Principia Mathematica του 1687, απέδειξε ότι ένα αντικείμενο που κινείται υπό την επίδραση του νόμου αντιστρόφου τετραγώνου της παγκόσμιας έλξης πρέπει να χαράξει μια τροχιά που έχει σχήμα μιας εκ των κωνικών τομών και έδειξε πώς η πορεία ενός κομήτη στον ουρανό αντιστοιχεί σε μια παραβολική τροχιά, χρησιμοποιώντας τον κομήτη του 1680 ως παράδειγμα.
Το 1705 ο Έντμουντ Χάλλεϋ εφάρμοσε τη μέθοδο του Νεύτωνα σε 23 εμφανίσεις κομητών που σημειώθηκαν μεταξύ του 1337 και 1698. Σημείωσε ότι τρεις από αυτούς, οι κομήτες του 1531, 1607 και 1682, είχαν πολύ όμοια τροχιακά στοιχεία και ήταν ακόμη σε θέση να πει ότι για τις μικρές διαφορές στις τροχιές τους οφείλονται οι βαρυτικές δυνάμεις από τον Δία και τον Κρόνο. Σίγουρος ότι οι τρεις εμφανίσεις ήταν του ίδιου κομήτη, είχε προβλέψει ότι θα εμφανιστεί και πάλι το 1758-9. Η προβλεπόμενη ημερομηνία επιστροφής που είχε υπολογίσει ο Χάλεϊ αργότερα τελειοποιήθηκε από μια ομάδα τριών Γάλλων μαθηματικών: Αλεξίς Κλαιρώ, Ζερόμ Λαλάντ και Νικολ-Ρεν Λεπώτ, οι οποίοι προέβλεψαν την ημερομηνία του περιηλίου του κομήτη το 1759 με την ακρίβεια ενός μηνός. Ο κομήτης ανακαλύφθηκε μέσω τηλεσκοπίου από τον Γιόχαν Πάλιτς τον Δεκέμβριο του 1758. Νωρίτερα, ο Ρόμπερτ Χουκ είχε συσχετίσει τον κομήτη του 1664 με αυτό του 1618, ενώ ο Τζιοβάνι Ντομένικο Κασίνι είχε υποπτευθεί ότι οι κομήτες του 1577, 1665 και 1680 ήταν στην πραγματικότητα ο ίδιος κομήτες. Και οι δύο ήταν λανθασμένοι.
Η πρόοδος των επιστημών στον 18ο αιώνα, τόσο στη φυσική όσο και στα μαθηματικά, βοήθησε την εξέλιξη της ουράνιας μηχανικής και κατ' επέκταση τον υπολογισμό των τροχιών των κομητών. Ο Πιέρ Σιμόν Λαπλάς συνυπολόγισε στις τροχιές των κομητών την επίδραση της βαρύτητας του Δία και του Κρόνου. Πιο απλές μέθοδοι υπολογισμών των τροχιών των ουράνιων αντικειμένων χρησιμοποιήθηκαν από τον Χάινριχ Βίλχελμ Όλμπερς και τον Καρλ Φρίντριχ Γκάους. Η μέθοδος του Γκάους απαιτούσε τη γνώση μόνο έξι σημείων για να υπολογιστεί η τροχιά του ουράνιου σώματος. Χρησιμοποιώντας αυτή την μέθοδο, ο Γιόχαν Ένκε υπολόγισε την τροχιά των κομητών του 1786, 1795, 1805 και 1818 και προέβλεψε επιτυχημένα την επιστροφή του κομήτη το 1822. Μέχρι το 1900 είχαν ανακαλυφθεί 17 περιοδικοί κομήτες.

Μελέτη των φυσικών χαρακτηριστικών

Ο Τύχο Μπράχε, αφού είχε δείξει ότι οι κομήτες είναι ουράνια σώματα και όχι ατμοσφαιρικά φαινόμενα, πρότεινε ότι αποτελούνται από ένα πορώδες υλικό το οποίο κινείται μέσα στον αιθέρα, ο οποίος βρίσκεται μακριά από τη Γη και την ατμόσφαιρά της. Το υλικό αυτό παγίδευε το φως του Ήλιου, αλλά μέσα από τους πόρους έβγαινε και δημιουργούσε την ουρά του κομήτη. Ο Κέπλερ το 1604 δημοσίευσε μια θεωρία στην οποία οι κομήτες ήταν κρυστάλλινες σφαίρες οι οποίες αντανακλούσαν το φως του Ηλίου που περνούσε από μέσα τους. Αυτή η θεωρία όμως δεν εξηγούσε την παρουσία των ουρών, αφού ο αιθέρας δεν αντανακλά το φως του Ήλιου, και άλλαξε τη θεωρία του. Πρότεινε ότι οι ακτίνες του Ηλίου απομακρύνουν μαζί τους κομμάτια από την κεφαλή του κομήτη, η οποία αποτελείται από νεφελώδη ύλη, και είναι αυτά στα οποία οι ακτίνες αντανακλώνται και σχηματίζουν την ουρά του κομήτη. Τελικά, όλη η κεφαλή καταναλώνεται και ο κομήτης σβήνει. Οι κομήτες σύμφωνα με τον Κέπλερ δημιουργούνταν από ακαθαρσίες μέσα στον αιθέρα. Αντίθετα, ο Γαλιλαίος πίστευε ότι ήταν οπτικά φαινόμενα χωρίς πραγματική υπόσταση, αλλά η κύρια συνεισφορά του σε αυτό το πεδίο ήταν ότι η θεωρία του διέφερε πολύ από αυτές οι είχαν ειπωθεί πριν από αυτόν. Στο κόσμο του Καρτέσιου, οι κομήτες είναι νεκροί αστέρες που κινούνται ανάμεσα στις περιοχές των αστέρων, σε μεγάλη απόσταση από τους πλανήτες.
Το 1755, ο Ιμμάνουελ Καντ υπέθεσε ότι οι κομήτες αποτελούνται από κάποια πτητική ουσία, της οποίας η εξάτμιση δημιουργεί το λαμπερό θέαμα κοντά στο περιήλιο. Το 1836 ο Γερμανός μαθηματικός Φρίντριχ Βίλχελμ Μπέσελ, μετά την παρατήρηση ενός πίδακα αερίου κατά την εμφάνιση του κομήτη του Χάλεϊ το 1835, πρότεινε ότι οι πίδακες αυτοί μπορούν να γίνουν αρκετά ισχυροί ώστε να μπορούν να αλλάξουν με τη δύναμη που ασκούν την τροχιά των κομητών, και υποστήριξε ότι οι μη βαρυτικές κινήσεις του κομήτη του Ένκε, ο οποίος έφθανε στο περιήλιο αργότερα από το αναμενόμενο, οφείλονται σε αυτό το φαινόμενο. Ο Μπέσελ πρότεινε επίσης ότι η ουρά δημιουργείται από κομμάτια του κομήτη που ωθούνται σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτή του Ήλιου. Την ίδια πρόταση είχε κάνει και ο Όλμπερς το 1812. Ο Ρώσος Φίοντορ Μπρέντιτσιν συμπλήρωσε τη θεωρία και πρότεινε ότι το υλικό που αποσπάται από τον κομήτη διασπάται σε μόρια, με τα μικρότερα να παρασύρονται πιο εύκολα από τα μεγαλύτερα και με βάση αυτό το γεγονός ταξινόμησε τις ουρές των κομητών σε τύπου Ι, οι οποίες αποτελούνται από ελαφρύτερα μόρια, κυρίως υδρογόνο και είναι ευθείες, ΙΙ, που αποτελούνται από άνθρακα και άζωτο, και ΙΙΙ, που αποτελούνται από τα βαρύτερα μόρια, πχ. σίδηρο. Παρόλα αυτά, δεν ήταν γνωστή η φύση της απωθητικής δύναμης του Ηλίου που απομακρύνει τα σωματίδια. Το 1900 ο Σβάντε Αρρένιους πρότεινε ότι αυτή η δύναμη είναι η ακτινοβολία του Ήλιου. Το μοντέλο Μπέσελ-Μπρέντιτσιν συνέχισε να χρησιμοποιείται μέχρι τη δεκαετία του 1950.
Την περίοδο 1864-6, ο Ιταλός αστρονόμος Τζιοβάνι Σκιαπαρέλι υπολόγισε την τροχιά των μετεωροειδών που αποτελούν τη βροχή διαττόντων Περσείδες και βάση τα παρόμοια τροχιακά στοιχεία, υποστήριξε ορθά ότι είναι κομμάτια του κομήτη 109P/Σουίφτ-Τατλ. Η σύνδεση ανάμεσα στους κομήτες και τις βροχές διαττόντων επιβεβαιώθηκε θεαματικά το 1872, όταν παρατηρήθηκε μια πολύ μεγάλη βροχή διαττόντων όταν η Γη πέρασε την τροχιά του κομήτη Μπιέλα, ο οποίος είχε παρατηρηθεί να χωρίζεται σε δύο τμήματα το 1846 και δεν παρατηρήθηκε ποτέ μετά το 1852.
Παράλληλα εμφανίστηκαν νέα μέσα παρατηρήσεις παρατήρησης των κομητών, η φωτογραφία και η φασματοσκοπία. Ο πρώτος κομήτης που φωτογραφήθηκε ήταν ο λαμπρός κομήτης του Ντονάτι το 1858. Η πρώτη φασματοσκοπική παρατήρηση κομήτη έγινε από τον Τζιοβάνι Μπατίστα Ντονάτι το 1864. Οι επόμενες παρατηρήσεις έγιναν το 1866 στον κομήτη Τεμπλ από τον Γουίλιαμ Χάγκινς και τον Άντζελο Σέκι. Ο Χάγκινς βρήκε ότι το φάσμα του κομήτη είναι ίδιο με αυτό της φλόγας, βρίσκοντας στον κομήτη άνθρακα. Αργότερα βρέθηκε ότι ο άνθρακας αποτελεί σημαντικό συστατικό όλων των κομητών. Σύντομα η φασματοσκοπία έγινε βασική διαδικασία για τη μελέτη των κομητών. Το 1881 ανακαλύφθηκε στο φάσμα υδροκυάνιο (ένωση άνθρακα και αζώτου) και το 1882 ανακαλύφθηκαν νάτριο, σίδηρος, μαγνήσιο, μαγγάνιο και μόλυβδος. Το 1911 οι Σβάρτζιλντ και Κρον πρότειναν ότι η εκπομπή στην ουρά τύπου Ι στο κομήτη του Χάλεϊ οφείλεται σε φθορισμό (απορρόφηση και επανεκπομπή του φωτός). Ο Καρλ Βουρμ παρατήρησε τη δεκαετία του 1930 ότι πολλά από τα φασματικώς παρατηρούμενα συστατικά των κομητών είναι ασταθή και δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης σταθερότερων ενώσεων με το ηλιακό φως. Ο Πόλιντορ Σουίνγκς παρατήρησε την παρουσία CH₂ και ΟΗ στο φάσμα των κομητών, και είπε ότι παράγονται από μεθάνιο και νερό αντίστοιχα.
Ο πυρήνας των κομητών, η πηγή των αερίων και της σκόνης ήταν για μεγάλο χρονικό διάστημα ένα μυστήριο. Διαβάσεις κομητών μπροστά από τον Ήλιο δεν έδειξαν την παρουσία μιας σκούρας μορφής. Παρατηρήσεις από τη Γη έδειξαν ότι σε κάποιους υπήρχε μια κεντρική περιοχή φωτός με διάμετρο 10 με 100 χιλιόμετρα, που δεν μπορούσε να αναλυθεί. Οι παρατηρήσεις από τον Κομήτη Μπιέλα και κοντινά στη Γη περάσματα κομητών έδειξαν επίσης ότι έχουν μικρή μάζα, η οποία υπολογίστηκε σε 10¹² - 10¹⁷ κιλά, και κάποιοι πίστευαν ότι δεν υπήρχε καν κάποια στερεή μάζα στον πυρήνα. Προσπαθώντας να δημιουργήσει ένα ενοποιήμενο μοντέλο για τον πυρήνα των κομήτων, ο Φρεντ Γουίπλ πρότεινε το 1950 το μοντέλο του παγωμένου συσσωματώματος, δηλαδή ένα πυρήνα ο οποίος ήταν ένα μείγμα πάγων, οι οποίοι εξαχνώνονται, και σκόνης μετεωριτών, η οποία απομακρύνεται από τον πυρήνα όταν οι πάγοι εξαχνώνονται. Το μοντέλο κέρδισε γρήγορα αποδοχή και βελτιώθηκε ακόμη περισσότερο στη συνέχεια.
Άλλες δύο θεωρίες που αναπτύχθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1950 έλυσαν το θέμα της προέλευσης των κομητών και της απωθητικής δύναμης του Ήλιου που απομακρύνει το υλικό από τον κομήτη. Το ερώτημα αν υπήρχαν αρχικά υπερβολικές τροχιές κομήτων (που σημαίνει ότι οι κομήτες έχουν διαστρική προέλευση) απαντήθηκε στη δεκαετία του 1910 με απάντηση ότι οι υπερβολικές τροχιές που παρατηρούνται είναι αποτέλεσμα των βαρυτικών επιδράσεων των πλανητών και δεν υπάρχουν κομήτες με εξαρχής υπερβολικές τροχιές. Βασισμένος σε αυτές τις ιδέες, ο Γιαν Όορτ συνέλαβε την ιδέα μιας μακρινής πηγής κομητών, στα όρια του Ηλιακού Συστήματος, η οποία ονομάστηκε Νέφος του Όορτ. Ο Γκέραρντ Κάιπερ ασχολήθηκε με την προέλευση των κομητών μικρής περιόδου και πρότεινε την ύπαρξη μιας περιοχής έξω από την τροχιά του Ποσειδώνα η οποία ονομάστηκε Ζώνη του Κάιπερ. Τέλος, ο Λούτβιχ Μπίερμαν πρότεινε ότι οι ουρές τύπου Ι δημιουργούνται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του κομήτη με τον ηλιακό άνεμο, ενώ για να εξηγήσει τις παρατηρούμενες πυκνότητες σωματιδίων σε αυτές τις ουρές, ο Χάνες Άλφβεν πρότεινε την ύπαρξη ενός διαπλανητικού μαγνητικού πεδίου το 1957. Η θεωρία αυτή επιβεβαιώθηκε από διάφορες διαστημοσυσκευές.

Σύγχρονη εποχή

Μετά τις σημαντικές εξελίξεις στην κομητολογία στο τέλος της δεκαετίας του 1950, οι νέες παρατηρήσεις, που είναι ποσοτικά όλο και περισσότερες, έχουν οδηγήσει στην αναθεώρηση των θεωριών για τους κομήτες. Η πρώτη παρατήρηση κομήτη με ραντάρ (κομήτης του Ένκε) και πρώτη φωτογράφηση του πυρήνα ενός κομήτη το 1986 (κομήτης του Χάλεϊ) έπεισαν και τους πιο δύσπιστους για την ορθότητα της θεωρίας του Γουίπλ, ενώ μελέτες της τροχιάς των κομητών έχουν δείξει η παρουσία του νέφους ήταν πλήρως δικαιολογημένη, αν και έχουν γίνει κάποιες αλλαγές στη θεωρία. Στον τομέα της φασματοσκοπίας γίνεται συνεχώς προσπάθεια για την ανεύρεση και αναγνώριση της προέλευσης των φασματικών γραμμών, ενώ έχουν αναπτυχθεί μοντέλα φθορισμού για τις ενώσεις CN, CH, OH και C₂. Οι εκπομπές των προϊόντων του νερού ανιχνεύθηκαν μόλις τη δεκαετία του 1970. Το 1957 στο κομήτη Μκρος παρατηρήθηκαν σε υψηλής ανάλυσης γραμμές εκπομπής οξυγόνου και αν η πηγή τους ήταν ο φθορισμός, τότε η ποσότητα οξυγόνου πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του άνθρακα. Για να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα, οι Μπίερμαν και Τρέφτς το 1964 πρότειναν ότι το οξυγόνο είναι παράγωγο φωτοδιάσπασης άλλων ουσιών και προέβλεψαν την ύπαρξη μεγάλης ποσότητας υδρογόνου στους κομήτες. Η παρατήρηση μιας τεράστιας άλω από ακτινοβολία Lyman-α από ουδέτερο υδρογόνο από τους δορυφόρους Orbiting Astronomical Observatory (OAO-2) και Orbiting Geophysical Observatory (OGO-5) γύρω από τους κομήτες Τάκο-Σάτο-Κοσάκα (1969), Μπενέτ (1970) και Ένκε (1970) επιβεβαίωσε την πρόβλεψη και η παρατήρηση της ταχύτητας των ατόμων ήταν συνεπής με το μοντέλο φωτοδιάλυσης νερού. Ύστερα από παρατηρήσεις στο κομήτη Κοχούτεκ προτάθηκε ότι το νερό ήταν η κύρια πηγή των μορίων υδρογόνου και υδροξυλίου. Η βελτίωση των τεχνικών φασματοσκόπησης έχουν αυξήσει τον αριθμό παρατηρήσεων και έχουν κάνει δυνατή τη σύγκριση της σύστασης διαφόρων κομητών.
Ένα μεγάλο άλμα στην μελέτη των κομητών αποτελεί η αποστολή διαστημοσυσκευών στους κομήτες. Η πρώτη διαστημοσυσκευή που προσέγγισε κομήτη ήταν το ISEE-3, το οποίο μετονομάστηκε σε Διεθνή Κομητικό Εξερευνητή (ICE), όταν στις 11 Σεπτεμβρίου 1985 πέρασε σε απόσταση 8.000 χιλιομέτρων περίπου από τον κομήτη 21P/Τζιακομπίνι-Ζίνερ. Τον επόμενο χρόνο έξι διαστημοσυσκευές από διάφορες χώρες προσέγγισαν τον κομήτη του Χάλεϊ. Από αυτές, πιο κοντά στον πυρήνα έφτασε η ευρωπαϊκή αποστολή Τζιότο, η οποία κατάφερε να φωτογραφήσει τον πυρήνα.

Πυρήνας

Ο πυρήνας του κομήτη έχει συνήθως διάμετρο που κυμαίνεται από περίπου 100 μέτρα έως πάνω από 40 χιλιόμετρα. Αποτελούνται από πέτρα, σκόνη (κονιορτό), πάγο νερού και κατεψυγμένα αέρια όπως μονοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και αμμωνία. Λόγω της μικρής μάζας τους, οι πυρήνες των κομητών δεν γίνονται σφαιρικοί λόγω της βαρύτητά τους, και ως εκ τούτου έχουν ακανόνιστο σχήμα.
Συχνά περιγράφονται ως «βρώμικες χιονόμπαλες» (μοντέλο του Γουίπλ). Πρόσφατες παρατηρήσεις αποκάλυψαν ξηρή σκόνη ή βραχώδεις επιφάνειες, γεγονός που υποδηλώνει ότι οι πάγοι κρύβονται κάτω από την επιφάνεια. Οι κομήτες περιέχουν επίσης μια ποικιλία οργανικών ενώσεων· εκτός από τα αέρια που έχουν ήδη αναφερθεί, μπορεί να περιλαμβάνουν μεθανόλη, υδροκυάνιο, φορμαλδεΰδη, αιθανόλη και αιθάνιο, και ίσως πιο πολύπλοκα μόρια όπως μακριές αλυσίδες υδρογονανθράκων και αμινοξέα. Το 2009, επιβεβαιώθηκε ότι το αμινοξύ γλυκίνη βρέθηκε στη σκόνη κομήτη που ανακτήθηκε από την αποστολή Stardust της NASA. Τον Αύγουστο του 2011, μια έκθεση, με βάση μελέτες της ΝΑΣΑ πάνω σε μετεωρίτες που βρέθηκαν στη Γη, έδειξε ότι τα συστατικά του DNA και του RNA (αδενίνη, γουανίνη και σχετικά οργανικά μόρια) μπορεί να έχουν σχηματιστεί σε αστεροειδείς και κομήτες στο εξώτερο διάστημα.
Περιέργως, οι πυρήνες των κομητών είναι ανάμεσα στα λιγότερο ανακλαστικά (δηλαδή τα πιο σκουρόχρωμα) αντικείμενα που έχουν βρεθεί στο Ηλιακό Σύστημα. Το διαστημόπλοιο Giotto διαπίστωσε ότι ο πυρήνας του κομήτη του Χάλεϋ αντανακλά περίπου το 4% του φωτός που πέφτει πάνω του και το Deep Space 1 ανακάλυψε ότι η επιφάνεια του κομήτη Μπορελλύ αντανακλά μόλις 2,4% με 3,0% του φωτός που πέφτει πάνω του. Συγκριτικά, η άσφαλτος αντανακλά 7% του φωτός που πέφτει πάνω της.

Κόμη και ουρά

Η κόμη περιβάλλει τον πυρήνα και ουσιαστικά είναι η ατμόσφαιρα του κομήτη. Δημιουργείται εξαιτίας της θερμότητας του Ήλιου, καθώς ο κομήτης πλησιάζει προς αυτόν και έχει σχεδόν πάντα μια διάχυτη νεφελώδη εμφάνιση. Το μέγεθος της κόμης επηρεάζεται από το μέγεθος του πυρήνα και την απόσταση του κομήτη από τον Ήλιο. Σε αρκετούς κομήτες η κόμη είναι το μόνο χαρακτηριστικό του κομήτη που μπορεί να παρατηρηθεί, επειδή οι άλλες δομές είναι πολύ μικρές για να αναλυθούν από τα όργανα παρατήρησης. Η κόμη μπορεί να αποκτήσει μεγάλο μέγεθος παρά τη μικρή της μάζα και να γίνει μεγαλύτερη από τον Ήλιο σε διαστάσεις.
H κόμη έχει δύο συστατικά, μια κόμη από αέρια και μια κόμη από σκόνη. Το αέριο απελευθερώνεται από τον πυρήνα λόγω της θέρμανσής του από τον Ήλιο, η οποία οδηγεί στην εξάχνωσή του. Αφού το αέριο αποσπαστεί τότε συνήθως φωτολύεται λόγω του ηλιακού ανέμου, πχ. το νερό μετατρέπεται σε οξυγόνο και υδρογόνο. Τα αέρια αυτά μπορεί να αποκτήσουν επίσης περίσσεια ηλεκτρικού φορτίου, και έτσι να απομακρυνθούν από το κομήτη λόγω των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων και να σχηματίσουν την ουρά ιόντων. Από την άλλη, η σκόνη απομακρύνεται από το κομμάτι συμπαρασυρόμενη από τα αέρια. Η σκόνη αποτελείται από κόκκους διαφόρων μεγεθών. Οι κόκκοι μεσαίου μεγέθους, οι οποίοι δεν αναπτύσσουν αρκετά μεγάλη ταχύτητα για να διαφύγουν από τη βαρύτητα του κομήτη σχηματίζουν τη κόμη σκόνης. Ακόμη βαρύτεροι κόκκοι πέφτουν πάλι στην επιφάνεια του κομήτη.
Το τελευταίο τμήμα του κομήτη είναι η ουρά. Συνήθως οι κομήτες έχουν δύο ουρές, μία που αποτελείται από ιόντα, η οποία αποκαλείται ουρά ιόντων ή ουρά τύπου Ι, και μια από σωματίδια σκόνης, η οποία ονομάζεται ουρά σκόνης ή ουρά τύπου ΙΙ. Ουρές σχηματίζονται όταν ο κομήτης πλησιάζει τον Ήλιο και η ηλιακή ακτινοβολία τον ζεσταίνει και βαθμιαία χάνει πτητικά υλικά από τη επιφάνεια του, δηλαδή ιόντα νερού, πάγο, σκόνη, οργανικές ενώσεις και μικρά πετρώδη κομμάτια τα οποία παρασύρει ο ηλιακός άνεμος. Οι ουρές δείχνουν πάντα μακριά από τον Ήλιο. Μάλιστα αφότου ο κομήτης περάσει το περιήλιό του, ουσιαστικά «ακολουθεί» την ουρά του. Συνήθη υλικά σε κομήτες είναι C, και οργανικές ενώσεις με C2, C3, CH, CN, CO, CO2, CS, HCN, CH3CN, HCO, H2CO, ανόργανες όπως H, NH, NH2, O, OH, H2O, S, S2, NH3, NH4 μεταλλικές Na, K, Ca, Mn και κυρίως Fe, Co, Ni, Cu και πολλά ιόντα όπως C+, CH+, CO+, CO2+, N2+, O+, OH+, H2O+, H3O+, S+, S2+, H2S+, CS2+. Υπάρχουν και πολύ βαρύτερες χημικές ενώσεις και σύνθετα με μοριακό βάρος μεγαλύτερο από μερικές χιλιάδες.

Τροχιές

Οι τροχιές των κομητών διαγράφουν κατά κανόνα ή λίαν επιμήκεις ελλείψεις με εκκεντρότητα (ε) που τείνει προς τη μονάδα (1), ή η εκκεντρότητά τους είναι μεγαλύτερη της μονάδας. Στη δεύτερη αυτή περίπτωση, αν ε > 1 ή και μέχρι ε = 1, οι τροχιές δεν είναι κλειστές καμπύλες αλλά ανοικτές. Και αν μεν ε = 1 τότε η τροχιά τους είναι παραβολική, αν δε ε > 1 τότε αυτή είναι υπερβολική. Όσοι κομήτες έχουν ελλειπτική τροχιά κινούνται περί τον Ήλιο εντός ορισμένου χρόνου και γι' αυτό λέγονται περιοδικοί. Αντίθετα όταν οι τροχιές τους είναι ανοικτές (παραβολές ή υπερβολές) πλησιάζουν την ηλιακή εστία στο περιήλιό τους μόνο μία φορά και δεν επανέρχονται σε αυτό. Γι' αυτό οι κομήτες αυτοί ονομάζονται μη περιοδικοί.

Κομήτες μικρής περιόδου

Οι κομήτες μικρής περιόδου ορίζονται γενικά ως οι έχοντες τροχιακές περιόδους μικρότερες από 200 χρόνια. Η τροχιά τους βρίσκεται περίπου στο επίπεδο της εκλειπτικής και κινούνται στην ίδια κατεύθυνση με τους πλανήτες. Τα αφήλιά τους βρίσκονται συνήθως πέρα από τις τροχιές των αέριων γιγάντων. Για παράδειγμα, το αφήλιο του κομήτη του Χάλλεϋ είναι λίγο πέρα από την τροχιά του Ποσειδώνα. Οι κομήτες των οποίων τα αφήλια είναι κοντά στην τροχιά ενός μεγάλου πλανήτη ονομάζονται η «οικογένειά» του. Οι εν λόγω οικογένειες πιστεύεται ότι δημιουργούνται όταν η βαρύτητα ενός πλανήτη μεταβάλει τη τροχιά ενός κομήτης μακράς περιόδου, μικραίνοντάς την.
Στο ένα άκρο, ο κομήτης του Ένκε έχει μια τροχιά που δεν φθάνει την τροχιά του Δία και ολοκληρώνει μια περιφορά σε 3,3 χρόνια: είναι η μικρότερη περίοδος περιφοράς από όλους τους κομήτες. Είναι γνωστός ως «κομήτης τύπου Ένκε». Οι κομήτες μικρής περιόδου με τροχιακή περίοδο μικρότερη των 20 ετών και κλίσεις 20 ως 30 μοίρες ή λιγότερο ονομάζονται οικογένεια κομητών του Δία και αποτελούν την πολυπληθέστερη ομάδα κομητών μικρής περιόδου. Κομήτες όπως ο Χάλλεϋ, με τροχιακές περιόδους μεταξύ 20 και 200 ​​ετών και κλίσεις που εκτείνονται από μηδέν έως πάνω από 90 μοίρες, αποκαλούνται «κομήτες τύπου Χάλλεϋ». Μέχρι τον Απρίλιο του 2013, μόνο 69 κομήτες τύπου Χάλλεϋ είναι γνωστοί, σε σύγκριση με τους 464 κομήτες που ανήκουν στην οικογένεια κομητών του Δία. Πρόσφατα ανακαλύφθηκε ότι οι κομήτες της κύριας ζώνης αποτελούν μια ξεχωριστή κατηγορία, με κυρίως κυκλικές τροχιές εντός της ζώνης των αστεροειδών.

Κομήτες μεγάλης περιόδου

Οι κομήτες των οποίων η τροχιακή περίοδος είναι μεγαλύτερη από 200 χρόνια αποκαλούνται κομήτες μεγάλης περιόδου. Συχνά οι τροχιές τους έχουν μεγάλη κλίση προς την εκλειπτική. Για κάποιους από αυτούς τους κομήτες έχει υπολογιστεί ότι η τροχιά τους έχει εκκεντρότητα ίση ή μεγαλύτερη από 1 κοντά στο περιήλιο, αλλά αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι ο κομήτης θα απομακρυνθεί τελείως από το Ηλιακό Σύστημα. Αν όμως ο κομήτης περάσει μόνο μία φορά από το περιήλιό του και δεν επανέλθει σε αυτό, ονομάζεται μη περιοδικός. Ο κομήτης με τη μεγαλύτερη εκκεντρότητα που έχει παρατηρηθεί μέχρι σήμερα είναι ο κομήτης C/1980 E1 (Bowell), του οποίου η εκκεντρότητα υπολογίστηκε σε 1,0575.
Όπως μαρτυρά η μεγάλη κλίση που μερικοί κομήτες μεγάλης περιόδου έχουν, η προέλευση αυτών των κομήτων είναι το Νέφος του Όορτ. Από το Νέφος του Όορτ πιθανόν προέρχονται και οι κομήτες τύπου Χάλλεϋ, αλλά οι άλλοι μικρής περιόδου κομήτες προέρχονται από τη Ζώνη του Κάιπερ, που αρχίζει μετά την τροχιά του Ποσειδώνα. Εξαιτίας της μεγάλης απόστασης από τον Ήλιο, η βαρυτική του επίδραση είναι μικρή, και έτσι, όταν ένα νεφέλωμα ή αστέρας περάσει κοντά από το Ηλιακό Σύστημα προκαλεί αναταράξεις στις τροχιές των αντικειμένων του Νέφους του Όορτ, με αποτέλεσμα μερικά από αυτά να κατευθυνθούν προς το κέντρο του Ηλιακού Συστήματος. Την τροχιά που θα αποκτήσουν επηρεάζει η βαρυτική έλξη του Ήλιου, των τεσσάρων πλανητών και το σύνολο του Γαλαξία. Πολλά από αυτά τα αντικείμενα έχουν περιήλιο πολύ μακριά από την πλανητική περιοχή του Ηλιακού Συστήματος, αλλά λίγα φτάνουν μέχρι την κεντρική περιοχή του, όπου οι αλληλεπιδράσεις με τους πλανήτες μπορούν να αλλάξουν την τροχιά τους με τυχαίο τρόπο. Συνήθως ο ημιάξονας της τροχιάς τους επιμηκύνεται πριν αυτοί περάσουν την τροχιά του Κρόνου, και έτσι δεν θα παρατηρηθούν από τη Γη. Παρόλα αυτά, κάποιο καταφέρνουν να περάσουν αυτό το εμπόδιο και να πλησιάσουν περισσότερο τον Ήλιο.

Λαογραφία

Η όψη και η αιφνίδια κάθε φορά εμφάνισή των κομητών ανάμεσα στους άλλους αστέρες, όπως και η περίεργη αποχώρησή τους, ήταν επόμενο με παλαιότερες τότε γνώσεις να εξεγείρουν τους ανθρώπινους φόβους, ώστε να καταστούν, δια μέσου των αιώνων, τα πλέον δυσοίωνα σώματα του ουράνιου θόλου, και ιδίως ως προάγγελοι θανάτου Βασιλέων, στρατηγών, εμφάνισης επιδημιών, ή ερχομό φυσικών καταστροφών, πλημμυρών, λοιμών, σεισμών και καταποντισμών μέχρι ακόμα και του τέλους της ανθρωπότητας.
Για την πληρέστερη αντίληψη του μεγέθους και της έκτασης των προκαταλήψεων εκείνων που γεννήθηκαν, αλλά και των προβλημάτων που ενέσκηπταν κάθε φορά που εμφανίζονταν κομήτες στον ουρανό, αξίζει να αναφερθούν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά γεγονότα, που αφορούσαν μεγάλες γεωγραφικές περιοχές:
Τον Μάιο του 1456, τρία μόλις χρόνια μετά την Άλωση της Κωνσταντινούπολης από τους Οθωμανούς, εμφανίσθηκε στον ουρανό ένας μεγάλος κομήτης που ενέσπειρε τόσο μεγάλο φόβο στους παρατηρητές του, που κατέλαβε μεγάλο δέος και τους Τούρκους Οθωμανούς και τους Χριστιανούς στην Ευρώπη. Οι μεν Τούρκοι πίστευαν πως ήταν θεϊκό σημάδι για επερχόμενη από κοινού συμφωνία επίθεσης όλων των Χριστιανών της Ευρώπης εναντίον τους. Έτσι άρχισαν να τιμούν τους Χριστιανούς και να προσφέρουν πλούσια προνόμια στους πνευματικούς τους ηγέτες. Αντίθετα οι Χριστιανοί στη Δύση εκλάμβαναν τη παρουσία του κομήτη επίσης ως θεϊκό σημάδι για επερχόμενη γενική έφοδο των Τούρκων στην Ευρώπη και την πλήρη καταστροφή της. Τόσος υπήρξε ο φόβος και η πεποίθηση για την επερχόμενη καταστροφή, που εξαναγκάσθηκε ο Πάπας Κάλλιστος Γ΄ να διατάξει με εγκύκλιό του προς όλη τη χριστιανοσύνη να κτυπούν οι καμπάνες όλων των εκκλησιών «εκάστην μεσημβρίαν», έτσι ώστε να υπενθυμίζεται στους πιστούς ότι θα πρέπει την ώρα εκείνη να προσεύχονται στο Θεό για την αποτροπή της επαπειλούμενης καταστροφής. Από τότε παρέμεινε και το έθιμο μέχρι σήμερα να κτυπούν κάποιες καμπάνες εκάστη μεσημβρία, ιδίως επιτοίχιων δημοσίων ρολογιών και εργοστασίων.
Εκείνος ο κομήτης του 1456, που εμφάνιζε αριθμητική πρόοδο και το άθροισμά του ήταν ο αριθμός 7, ήταν αυτός που εμφανίσθηκε και το 1910 και που είναι σήμερα γνωστός ως Κομήτης του Χάλεϋ. Η νέα εμφάνιση αυτού, σε επανάληψη της μακραίωνης ιστορίας του, δεν άργησε να ενσπείρει νέο πανικό και αυτή τη φορά σε όλο το κόσμο. Έτσι κάθε υπαρκτό, στο κόσμο, κείμενο - προφητεία που αφορούσε καταστροφολογία επιστρατεύθηκε με κυριαρχούσα θέση τη Θεία Αποκάλυψη τόσο ώστε να ορισθεί ότι στις 19 Μαΐου 1910, και μάλιστα τα ξημερώματα, θα επερχόταν ο Αρμαγεδδών και θα ακολουθούσε η Δευτέρα Παρουσία, όταν τότε ακριβώς η Γη θα περνούσε μέσα από την «πύρινη» ουρά του κομήτη.