دنباله‌دار

پیشینهٔ مطالعه

در زمان‌های گذشته، دنباله‌دارها به عنوان پیشگویان فاجعه‌ها و پیامبران خدا در نظر گرفته می‌شدند. در سال ۱۰۸۰–۱۰۷۰ میلادی، دنباله‌دار هالی در فرشینه بایو (که تاریخچهٔ نبرد هیستینگز را به تصویر می‌کشد) به تصویر کشیده‌شد. در سال ۱۴۵۰–۱۴۴۹، ستاره‌شناسان نخستین تلاش‌ها برای ثبت مسیر دنباله‌دارها در آسمان شب را انجام‌دادند. در سال ۱۷۰۵، ادموند هالی تشخیص داد که دنباله‌دارهایی که در سال ۱۵۳۱، ۱۶۰۷ و ۱۶۸۲ دیده شده‌است، در واقع یک دنباله‌دار است و پیش‌بینی کرد که دوباره در سال ۱۷۵۸ دیده خواهد شد. از آن پس این دنباله‌دار، دنباله‌دار هالی نام گرفت. در سال ۱۹۹۴، در نخستین مشاهدهٔ برخورد سیاره و دنباله‌دار، دانشمندان از تماشای برخورد دنبالهٔ دار شومیکر-لوی ۹ با جو مشتری شگفت‌زده شدند. در سال ۲۰۰۴، فضاپیمای استارداست نمونه‌های گرد و غبار از دنباله‌دار ویلد ۲ جمع‌آوری کرد. در سال ۲۰۰۵، فضاپیمای برخورد ژرف با دنباله‌دار تمپل ۱ برخورد کرد تا درون هستهٔ آن را آشکار کند.

سرچشمه و منشأ

تئوری ریاضی نشان می‌دهد که ممکن‌است که بسیاری از دنباله‌دارها از مناطق بسیار دور (حدود ۱۰۰٬۰۰۰ واحد نجومی) در منظومهٔ خورشیدی سرچشمه بگیرند. هر یک واحد نجومی به اندازهٔ فاصلهٔ میان زمین و خورشید و حدود ۱۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ مایل است. فاصلهٔ سیارهٔ بهرام از خورشید ۱/۵، سیارهٔ برجیس از خورشید ۵ و پلوتو از خورشید ۳۹ واحد نجومی است؛ بنابراین، دنباله‌دارها از مناطق بسیار دور سرچشمه می‌گیرند. دنباله‌دارها از تمام جهات به سوی منظومهٔ خورشیدی می‌آیند؛ بنابراین جایی که آن‌ها از آن سرچشمه می‌گیرند، باید منطقه‌ای غول‌پیکر در پیرامون منظومهٔ خورشیدی باشند. اما برخی از آن‌ها از منطقه‌ای نزدیک‌تر به نام کمربند کویپر سرچشمه می‌گیرند.
در سال ۱۹۴۳، ستاره‌شناسی به نام کنت اجورس گفت که مخزنی برای دنباله‌دارها و اجسام بزرگ‌تر، فراتر از سیارات وجود دارد. در سال ۱۹۵۰، ستاره‌شناسی هلندی به نام یان اورت گفت که دنباله‌دارها از جایی بسیار دور در پیرامون منظومهٔ خورشیدی می‌آیند. او نام این منطقه را ابر اورت گذاشت که اشیاء انبوهی در این ابر غول‌پیکر وجود دارند. ابر اورت فضایی به اندازهٔ ۱۰۰٬۰۰۰–۵٬۰۰۰ واحد نجومی را اشغال می‌کند و در منطقه‌ای از فضا قرار دارد که تأثیر گرانش خورشید بر آن ضعیف‌تر از تأثیر گرانش ستاره‌های مجاور بر آن است. ابر اورت احتمالاً دارای ۱۰۰ میلیارد تا ۲ تریلیون جسم یخی در مدار خورشیدی است.
در سال ۱۹۵۱، ستاره‌شناسی به نام جرارد کویپر نظریه‌ای ارائه داد که یک کمربند دیسک مانند در حوزهٔ پلوتو وجود دارد که در آن اجرام یخی فرانپتونی و اجتماعی از دنباله‌دارها وجود دارد. گاهی اوقات این اجرام یخی توسط گرانش به مداری پیرامون خورشید هل داده می‌شوند و تبدیل به دنباله‌دارهای با تناوب مداری کوتاه می‌شوند.
اگرچه شمار کمی از دنباله‌دارها از کمربند کویپر می‌آیند، اما بسیاری از آن‌ها از ابر اورت سرچشمه می‌گیرند. وقتی که ستارگان در حال گذر در فضا هستند، به برخی از اشیاء ابر اورت که خارج از مدارهای خود هستند، برخورد می‌کنند و دنباله‌دارها ساخته می‌شوند. بیشتر دنباله‌دارهای با تناوب مداری کوتاه از کمربند کویپر و با تناوب مداری بلند از ابر اورت سرچشمه می‌گیرند؛ هر چند که چند مورد استثنا برای این قاعده وجود دارد. برای نمونه، دنباله‌دار هالی تناوب مداری کوتاهی دارد و از ابر اورت سرچشمه گرفته‌است.

ویژگی‌ها

دنباله‌دارها، غیر دوره‌ای و دوره‌ای هستند. دنباله‌دارهای غیر دوره‌ای که از ابر اورت می‌آیند، گرانش محدود به خورشید ندارند و مدار آن‌ها به شکل سهمی است و تنها یک بار خورشید را می‌بینند و هرگز دوباره باز نمی‌گردند. دنباله‌دارهای دوره‌ای نیز شامل دنباله‌دارهای بلند مدت (بسیار بیشتر از ۲۰۰ سال) و کوتاه مدت است که به ترتیب از ابر اورت و کمربند کویپر سرچشمه می‌گیرند.
ویژگی‌ها و رفتار دنباله‌دارهایی که از ابر اورت ۰ تا ۲۰۰ سال) هستند و ویژگی‌های مداری آن‌ها نیز متفاوت است. دو خانوادهٔ بزرگ از دنباله‌دارهای کوتاه مدت وجود دارد: نخست خانوادهٔ برجیس با دورهٔ کمتر از ۲۰ سال و دوم خانوادهٔ هالی با دورهٔ ۲۰ تا ۲۰۰ سال.
تفاوت‌های دینامیکی این دو گروه ناشی از تأثیر اجسام دیگر است. اجسام ابر اورت توسط رویدادهایی که فراتر از منظومهٔ خورشیدی رخ می‌دهد، آشفته می‌شوند. اما دنباله‌دارهای کمربند کویپر به‌طور مستقیم توسط هیچ ستاره‌ای به جز خورشید نمی‌توانند آشفته شوند. اگر خورشید از کنار ستارهٔ دیگری (یا یک ابر بزرگ مولکولی) بگذرد، دنباله‌دارها در مداری بیضی‌شکل و به سمت منظومهٔ خورشیدی به گردش در می‌آیند. اما سیارهٔ نپتون که بسیار نزدیک به کمربند کویپر است، نقش مهمی در ثبات مدار اجسام کمربند یا برعکس هل دادن اجسام به دورتر از مدار پیشین خود دارند.
ترکیبات شیمیایی دنباله‌دارهای بلند مدت و کوتاه مدت مشابه است، اگرچه ترکیبات سازندهٔ دنباله‌دارهای بلند مدت تمایل بیشتری به فرار دارند. دلیل این تفاوت می‌تواند سرچشمه‌گیری از ابر اورت یا کمربند کویپر باشد. در واقع در طول شکل‌گیری منظومهٔ خورشیدی، اجسام کوچک در بخش‌های درونی دیسک و در نزدیکی سیارات غول‌پیکر ساخته‌شدند. سپس این اجسام توسط نیروهای گرانشی از منظومهٔ خورشیدی خارج شدند و آن اجسامی که به‌طور کامل فرار کردند، ابر اورت را تشکیل دادند. آن دسته از اجسامی که نتوانستند فرار کنند و هیچ تعامل گرانشی با سیارات نداشتند، به عنوان اجسام کمربند کویپر باقی‌ماندند.

هسته

هسته یا قلب دنباله‌دار تکه‌های جامدی در مرکز گیسوی آن و مانند یک گلولهٔ برفی ناپاک است که از یخ ساخته شده‌است. هسته که بخش مرکزی دنباله‌دار است، مخزن گرد و غبار و گازهای منجمد است. هستهٔ دنباله‌دار اسفنجی شکل است و درون آن شمار بسیار چاله و حفره وجود دارد. هنوز هیچ‌کسی نمی‌داند که هسته دارای حفره‌های کم و بزرگ یا حفره‌های بسیار و کوچک است. اگر شمار کمی حفرهٔ بزرگ بر روی هسته وجود داشته‌باشد، یعنی این که این دنباله‌دار از سنگ‌های یخی ناپاک ساخته‌شده و اگر شمار بسیاری حفرهٔ کوچک بر روی آن وجود داشته‌باشد، یعنی این که این دنباله‌دار از گلوله‌های یخی ناپاک ساخته شده‌است.
هسته از نوع خاصی از گرد و غبار به نام «کرکی» ساخته شده‌است، چون کرکی می‌تواند سبک وزن و پر از سوراخ مانند اسفنج باشد. درون سوراخ‌ها از یخ آب مانند، کربن دی‌اکسید (یخ خشک) و کربن مونوکسید (که از خودروها خارج می‌شود) ساخته شده‌است. لایه‌های بالایی هسته از گرد و غبار ساخته شده‌است. گرد و غبار غیر فرار متشکل از برخی کانی‌های سیلیکات و غنی از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن است. در هسته، نسبت جرم فرار به جرم غیر فرار نزدیک به یک است.
مشاهدات هستهٔ دنباله‌دارهای هیل-باپ و کوهوتک به دانشمندان ایده‌های تازه دربارهٔ ترکیب و تکامل دنباله‌دارها داده‌است. اما هنوز دانشمندان نمی‌دانند که آیا هستهٔ دنباله‌دارها مانند بخش‌های جامد زمین، سخت یا مانند یک گلولهٔ برفی، نرم است. کاوشگر فضایی رزتا برای یافتن میزان سختی دنباله‌دارها امیدوارکننده است. وقتی که دنباله‌دار به خورشید نزدیک می‌شود، شروع به تبخیر می‌کند و یک گیسو و یک دم دیدنی و جذاب پدید می‌آید. این تبخیر تنها در جاهای خاص هسته روی می‌دهد که «جت» نامیده می‌شود. دنباله‌دار هالی هنگامی که در سال ۱۹۸۶ به خورشید نزدیک می‌شد، بر روی سطح خود سه جت داشت.
اندازهٔ هسته معمولاً ناشناخته است، زیرا اندازه‌گیری آن دشوار است، اما اندازه‌گیری قابل اطمینانی از ۱۰ هستهٔ دنباله‌دار به عمل آمده‌است. بسیاری از این هسته‌ها دارای قطرهای چند کیلومتر تا ۱۰ تا ۲۰ کیلومتر هستند. برای نمونه، هستهٔ ۲۹پی/شواسمن-واچمن احتمالاً حدود ۲۰ کیلومتر و قطر دنباله‌دار هیل-باپ احتمالاً ۴۰ کیلومتر است. البته موارد خاصی مانند دنباله‌دار هالی و ۱۹پی/بورلی دارای هسته‌ای سیب‌زمینی‌شکل هستند.

گیسو

وقتی که یخ‌های موجود در هستهٔ دنباله‌دار تبخیر می‌شود، تبدیل به یک ابر بزرگ پیرامون بخش مرکزی دنباله‌دار می‌شود و به سرعت گسترش می‌یابد. این ابر که گیسو نامیده می‌شود، جو دنباله‌دار است و می‌تواند تا میلیون‌ها مایل گسترش یابد. این ابر بسیار نازک و باریک و ۱۰٬۰۰۰ بار نازک‌تر و باریک‌تر از یک ابر در جو زمین است. هنگامی که دنباله‌دار در حضیض خود است، گیسوی آن معمولاً حدود ۱۰۰٬۰۰۰ کیلومتر و توسط باد خورشیدی مانند یک قطرهٔ اشک درآمده‌است. گیسوی دنباله‌دارها دارای دو جزء اصلی است:
۱. گیسوی گازی: متشکل از مولکول‌های آزادشده از هسته توسط گرمایش خورشیدی و تصعید است. هنگامی که هستهٔ دنباله‌دار آشکار است، مولکول‌های گیسوی آن در معرض تابش مستقیم خورشید قرار می‌گیرند و می‌توانند به شیوه‌های مختلف آسیب ببینند. سپس بیشتر مولکول‌ها از هم جدا و از هسته خارج می‌شوند. برای نمونه:
در واکنش‌های بالا، مولکول آزادشده از هسته یک فوتون جذب می‌کند و به دو قطعه شکسته می‌شود. علاوه بر این، گونه‌های گازی دنباله‌دارها می‌توانند یونیزه شوند. مانند واکنش زیر:
۲. گیسوی گرد و غباری: متشکل از ذرات گرد و غبار کشانده‌شده از هسته است. ذرات گرد و غبار دنباله‌دارها در همهٔ اندازه‌ها یافت می‌شوند و قابل رؤیت‌ترین آن‌ها قطری حدود ۱ میکرون (۰/۰۰۱ میلی‌متر) دارد.

دم

به‌طور کلی، دنباله‌دارها دارای دو نوع دم هستند:
۱. دم یونی: گازهای خنثی در گیسوی دنباله‌دار می‌توانند توسط فوتون‌های فرابنفش خورشیدی یونیزه شوند. مانند واکنش زیر:
میدان مغناطیسی ستاره‌ای خورشید توسط بادهای خورشیدی جابه‌جا می‌شود و هم‌چنین یون‌ها نیز به نیروهای مغناطیسی حساسند. در نتیجه، یون‌ها از گیسو پاک‌سازی می‌شوند و درون یک دم یونی بلند می‌روند. از آن‌جا که CO⁺ شایع‌ترین یون است، نور آبی بهتر از نور قرمز پراکنده می‌شود و دم یونی به چشم انسان اغلب آبی رنگ به نظر می‌رسد. هم‌چنین، نیروی مغناطیسی بسیار قوی است و طناب‌ها، گره‌ها و نوارهایی تولید می‌کند که دم یونی را از دم گرد و غباری جدا می‌کند.
۲. دم گرد و غباری: متشکل از ذرات گرد و غبار رانده‌شده از گیسو توسط فشار ناشی از تابش خورشیدی است. در مقایسه با دم یونی، دم گرد و غباری به نظر می‌رسد که سفید رنگ یا کمی صورتی رنگ باشد. ذرات گرد و غبار دم دنباله‌دارهایی که به صورت جداگانه در مداری پیرامون خورشید هستند، به دلیل اثر فشار تابشی، گرانش آن‌ها به خورشید کمتر از گرانش آن‌ها به هسته است. این موجب می‌شود که دم گرد و غباری خمیده و منحنی باشد.

دنباله‌دارهای بزرگ

شمار کمی از دنباله‌دارها که دیدنی و قابل‌توجه و چشمگیر هستند، با عنوان «دنباله‌دارهای بزرگ» شناخته می‌شوند؛ فقط باید مجموعه‌ای از شرایط رخ‌دهد. این دنباله‌دارها آن‌قدر بزرگ نیستند که با چشم غیرمسلح دیده شوند؛ با این حال وقتی به خورشید نزدیک می‌شوند، سطوح یخی آن‌ها تبخیر می‌شود و مقدار زیادی از گاز و گرد و غبار آن‌ها فرار می‌کند و جو و دم‌های بسیار بزرگی شکل می‌گیرد که دیدنی و قابل‌توجه است. اگر این شرایط رخ‌دهد، دنباله‌دار تبدیل به یک دنباله‌دار بزرگ خواهد شد. علاوه بر این، اگر دنباله‌دار نزدیک زمین شود و دم آن به آسانی دیده شود، عنوان دنباله‌دار بزرگ را به خود می‌گیرد. در هر دو مورد، دنباله‌دار بزرگ باید در آسمان تاریک دیده شود. در ژوئیهٔ سال ۸۷ پیش از میلاد، نخستین دنباله‌دار بزرگ که دنباله‌دار هالی بود، در آسمان دیده‌شد.

دنباله‌دار مسیر خورشیدی

دنباله‌دار مسیر خورشیدی طبقهٔ ویژه‌ای از دنباله‌دارهاست که به هنگام حضیض خود، فاصلهٔ بسیار کمی (حدود ۸۵۰٬۰۰۰ مایل) با خورشید دارند. حتی بسیاری از آن‌ها به فاصلهٔ چند هزار مایلی خورشید نیز می‌رسند. ماندن در این فاصله از خورشید برای دنباله‌دارها بسیار دشوار است. آن‌ها در معرض تابش خورشیدی قرار می‌گیرند؛ البته فشار فیزیکی تابش خورشیدی به شکل‌گیری دم دنباله‌دارها کمک می‌کند. علاوه بر این، دنباله‌دارها در نزدیکی خورشید، نیروهای جزر و مد بسیار قوی یا فشار گرانشی را تجربه می‌کنند. در این محیط خصمانه و دشمن‌وار، بسیاری از دنباله‌دارها با این سفر پیرامون خورشید دیگر زنده نمی‌مانند و از میان می‌روند. اگرچه آن‌ها به سطح خورشید سقوط نمی‌کنند، اما خورشید می‌تواند آن‌ها را از میان ببرد. بسیاری از دنباله‌دارهای که دارای مدارهای مشابه هستند، «کروز پاس» نامیده می‌شوند و جمعی دیگر متعلق به گروهی به نام «گروه کروز» هستند. نزدیک به ۸۵ درصد دنباله‌دارها توسط دنباله‌دار سوهو در این بزرگراه مداری دیده می‌شوند. دانشمندان بر این باورند که صدها یا هزاران سال پیش، یک دنباله‌دار مسیر خورشیدی وجود داشت که فروپاشید و دنباله‌دارهای کروز پاس باقی‌ماندهٔ آن‌ها هستند. در ۲۸ نوامبر ۲۰۱۳، سی/۲۰۱۲ اس۱ به حضیض خود (۷۳۰٬۰۰۰ مایل فاصله از خورشید) خواهد رسید. مدار این دنباله‌دار نشان می‌دهد که می‌تواند با این حرکت از منظومهٔ خورشیدی فرار کند.

تفکیک از اجرام آسمانی دیگر

تفاوت اصلی میان دنباله‌دارها و سیارک‌ها چیزی است که آن‌ها از آن ساخته شده‌است. سیارک‌ها از فلزات و مواد سنگی و دنباله‌دارها از یخ، گرد و غبار و مواد سنگی ساخته شده‌اند. هر دو جسم آسمانی حدود ۴/۵ میلیارد سال پیش در اوایل منظومهٔ خورشیدی ساخته‌شدند. سیارک‌ها نسبت به دنباله‌دارها بسیار نزدیک‌تر به خورشید هستند، جایی که برای باقی ماندن یخ به حالت جامد بسیار گرم است. اما دنباله‌دارها نسبت به سیارک‌ها دورتر از خورشید هستند، جایی که یخ در آن ذوب نمی‌شود. یکی دیگر از تفاوت‌های میان این دو جسم آسمانی این است که دنباله‌دارها دم دارند و سیارک‌ها فاقد دم هستند. از دیگر تفاوت‌های این دو شیء فضایی می‌توان به الگوهای مداری آن‌ها اشاره کرد. دنباله‌دارها به مدارهای بسیار طولانی و دراز تمایل دارند و چندین بار ۵۰٬۰۰۰ واحد نجومی از خورشید فاصله می‌گیرند. در حالی که سیارک‌ها به مدارهای کوتاه‌تر و دایره‌ای‌شکل‌تر تمایل و در کمربند سیارک‌ها وجود دارند. تعداد دو شیء فضایی از تفاوت‌های دیگر آن‌هاست. تنها ۳٬۵۷۲ دنباله‌دار تا ۲۰ ژوئن ۲۰۰۹ کشف شده‌است، اما میلیون‌ها سیارک وجود دارد.
بقایای کوچک‌تر از یک سیارک، شهاب‌وار نامیده می‌شود. بیشتر شهاب‌وارهایی که وارد جو زمین می‌شوند، به اندازه‌ای کوچک هستند که نمی‌توانند وارد سطح زمین شوند و تبخیر می‌شوند و در این حالت عناوین مختلفی (شهاب یا شهاب‌سنگ) می‌گیرند. وقتی که شهاب‌وار وارد جو زمین می‌شود، گرم می‌شود و نور رشته‌ای مانندی از آن دیده می‌شود که شهاب نام دارد. اما گاهی اوقات شهاب‌وارها از جو زمین می‌گذرند و بر روی زمین می‌افتند که این جسمی که بر روی زمین افتاده‌است را شهاب‌سنگ می‌نامند.

ستارهٔ بیت‌اللحم

ستارهٔ بیت‌اللحم یک پدیدهٔ آسمانی ذکرشده در انجیل متی و راهنمای سه مغ به زادگاه عیسی مسیح است. رویدادهای طبیعی نشان می‌دهد که ستارهٔ بیت‌اللحم می‌توانسته یک ابرنواختر، دنباله‌دار (دنباله‌دار هالی در ۱۱ یا ۱۲ سال پیش از میلاد قابل مشاهده بود)، شهاب‌سنگ یا مقارنهٔ سیاره‌ها بوده‌باشد. سال زایش مسیح نامشخص است، اما احتمالاً میان ۴ تا ۶ سال پیش از میلاد بوده‌است. کتاب مقدس می‌گوید که دو نفر این ستاره را دیده‌اند. آن سه مغ فرزانگانی از سرزمین پارس یا ایران و قادر به خواندن ستاره‌ها بودند.
در اوایل سدهٔ هفدهم، یوهانس کپلر گفت که بیت‌اللحم ممکن‌است که یک نواختر باشد. به گفتهٔ کالین هامفریس در «ستارهٔ بیت‌اللحم –دنباله‌داری در ۵ سال پیش از میلاد– و زادروز عیسی» در مجلهٔ انجمن سلطنتی اخترشناسی در سال ۱۹۹۱، عیسی مسیح احتمالاً در پنج سال پیش از میلاد زاده شده‌است. در آن زمان، یک دنباله‌دار بزرگ، جدید و با حرکت آهسته به نام «سوئی-هزینگ» ثبت شده‌بود. هامفریس بر این باور است که این دنباله‌دار همان ستارهٔ بیت‌اللحم است.

خرافات پیرامون دنباله‌دارها

دنباله‌دارها در بسیاری از فرهنگ‌های مختلف در سراسر جهان و در طول زمان از وحشت و ترس الهام گرفته شده‌اند. آن‌ها عناوینی هم‌چون «پیشروی حکم مجازات» و «تهدید گیتی» به خود گرفته‌اند. این اجرام هم‌چنین به عنوان پیشگویان فاجعه‌ها و پیامبران خدا در نظر گرفته می‌شدند. در دوران باستان، دنباله‌دارها قابل‌توجه‌ترین اشیاء در آسمان شب بودند. در بسیاری از فرهنگ‌ها، دنباله‌دارها حاملان پیام‌های خدایان هستند. برای نمونه، در برخی از فرهنگ‌ها، دم دنباله‌دارها ظاهر سر یک زن با موهای بلند پشت سرش است.