Halleys komet

Uttale

Halleys komet uttales vanligvis hˈælis på norsk. På engelsk uttales Halleys vanligvis som ˈhæli, som rimer med valley (dal), eller ˈheɪli, som rimer med daily (daglig). I løpet av Edmond Halleys liv inkluderte stavemåter av navnet hans Hailey, Haley, Hayley, Halley, Hawley, og Hawly, så den moderne uttalen er usikker.

Beregninger av banen

Halley var den første kometen til å bli anerkjent som periodisk. Frem til renessansen var det filosofiske konsensus for kometenes opphav, fremmet av Aristoteles, at de var forstyrrelser i jordens atmosfære. Dette ble motbevist i 1577 av Tycho Brahe, som brukte parallaksemålinger for å vise at kometer må ligge utenfor månen. Mange var fortsatt ikke overbevist om at kometer faktisk går i bane rundt solen, og antok i stedet at de gikk i rette linjer gjennom solsystemet.
I 1687 utga Isaac Newton verket Principia, hvor han skisserte sine lover for gravitasjon og bevegelse. Hans arbeid med kometer var avgjort ufullstendig. Selv om han hadde mistanke om at to kometer som etterfulgte hverandre i 1680 og 1681 var den samme kometen før og etter passering av solen (det viste seg senere å være riktig – se Newtons komet), var han ikke i stand til å fullt ut forene kometer med sin modell. Til slutt var det Newtons venn, redaktør og utgiver, Edmond Halley som i sitt verk Synopsis of the Astronomy of Comets fra 1705 brukte Newtons nye lover til å beregne hvordan kometbanene blir påvirket av Jupiter og Saturns gravitasjon.
Etter en gjennomgang av historiske registreringer, gjorde beregningene det mulig for Halley å fastslå at baneelementen for en annen komet som ble observert i 1682 nesten var de samme som de to kometene som hadde blitt observert i 1531 (av Petrus Apianus) og 1607 (av Johannes Kepler). Halley konkluderte dermed at alle tre kometene faktisk var ett og samme objekt som returnerte hvert 76. år – en periode som i senere tid har blitt justert til hvert 75–76. år. Etter et grovt estimat av perturbasjonen planetene skulle utøve på kometen, forutsa han at kometen skulle returnere i 1758.
Halleys forutsigelse av kometens retur viste seg å stemme, selv om den ikke ble observert før 25. desember 1758 av Johann Georg Palitzsch, en tysk bonde og amatørastronom. Kometen passerte ikke gjennom perihelium før 13. mars 1759, da påvirkningen fra Saturn og Jupiter forårsaket en forsinkelse på 618 dager. Denne effekten ble beregnet før returen (med én måneds feil til 13. april) av et lag av tre franske matematikere; Alexis Clairaut, Joseph Lalande og Nicole-Reine Lepaute. Halley selv fikk ikke se kometen komme tilbake, siden han døde i 1742. Bekreftelsen av kometens retur var den første gangen noe annet enn planeter hadde blitt vist å gå i bane rundt solen. Det var også en av de tidligste vellykkede testene av newtonsk fysikk, og en klar demonstrasjon av dens forklaringsevne. Kometen ble først oppkalt etter Halley av den franske astronomen Nicolas Louis de Lacaille i 1759.
Det har blitt reist en mulighet for at jødiske astronomer i det første århundre allerede hadde gjenkjent Halleys komet som periodisk. Denne teorien bemerker et avsnitt i Talmud, som henviser til «en stjerne som dukker opp en gang i løpet av sytti år som gjør at kapteinene på skipet feiler.»

Omløp og opprinnelse

Halleys omløpsperiode over de siste tre århundre har vært 75–76 år, selv om den har variert fra 74–79 år siden år 240 f.kr. Banen rundt solen er svært elliptisk, med en baneeksentrisitet på 0,967 – der 0 er en perfekt sirkel og 1 er en parabolisk bane. Perihelium, punktet hvor kometens bane er nærmest solen, er bare 0,6 astronomiske enheter – det vil si mellom banene til Merkur og Venus. Aphelium, eller det fjerneste punktet fra solen, er 35 AE – omtrent avstanden til Pluto.
Halleys komet går i en retrograd bane, det vil si at den går i bane rundt solen i motsatt retning av planetene eller med klokken sett ovenfra solens nordpol, noe som er uvanlig for objekter i solsystemet. Banen har en inklinasjon på 18° mot ekliptikken, der mye av den ligger sør for ekliptikken. Siden den er retrograd, er den sanne inklinasjonen 162°. Den retrograde banen gjør at kometen har en av de høyeste hastighetene av alle objektene i solsystemet, relativt til jorden. Under passasjen i 1910 var den relative hastigheten 70,56 km/s (254 016 km/t).
Siden Halleys bane ligger nær jorden på to steder, fører den til to meteorsvermer her på jorden; Eta Aquaridene tidlig i mai, og Orionidene i slutten av oktober. Observasjoner utført rundt tidspunktet for Halleys retur i 1986 antyder imidlertid at Eta Aquaridene kanskje ikke stammer fra Halleys komet, selv om det kan være at den blir påvirket av kometen.
Halley er klassifisert som en periodisk eller kortperiodisk komet – en med en bane som varer 200 år eller mindre. Til sammenligning varer banene til langperiodiske kometer som varer i tusener av år. Periodiske kometer har en gjennomsnittlig inklinasjon mot ekliptikken på bare til grader og en omløpsperiode på bare 6,5 år, så Halleys er atypisk. De fleste kortperiodiske kometer (de med omløpsperioder kortere enn 20 år og inklinasjoner på 20–30 grader eller mindre) kalles Jupiter-familie-kometer. De Halley-lignende kometene, med omløpsperioder på 20–200 år og inklinasjoner fra null til over 90 grader, kalles Halley-type-kometer. Per i dag, er det bare observert 54 av sistnevnte type, sammenlignet med nesten 400 av førstnevnte type.
Banene til Halley-type-kometene antyder at de opprinnelig var langperiodiske kometer hvis bane ble påvirket av gravitasjonen fra kjempeplanetene og styrt mot det indre solsystemet. Hvis Halley en gang var en langperiodisk komet, stammer den sannsynligvis fra Oorts sky, en kuleformet struktur med kometlegemer som har en indre grense på 20 000–50 000 AE. Jupiter-familie-kometene antas å stamme fra Kuiperbeltet, en flat skive av isete rester mellom 30 AE (Neptuns bane) og 50 AE fra solen – i den spredte skiven.
Et annet opprinnelsessted for Halley-type-kometene har også blitt foreslått. I 2008 ble et transneptunsk objekt med en retrograd bane lignende Halleys komet oppdaget, 2008 KV₄₂. Dette objektet har en bane som fører den fra like på utsiden av Uranus til to ganger avstanden til Pluto. Det kan være medlem av en ny populasjon av smålegemer i solsystemet som fungerer som en kilde til Halley-type-kometer.
Halleys komet har sannsynligvis befunnet seg i sin nåværende bane i 16 000–200 000 år, selv om det ikke er mulig å numerisk integrere banen for mer enn noen få titalls returer, og de nære passeringene før 837 f.Kr. kan bare verifiseres fra registrerte observasjoner. De ikke-gravitasjonelle påvirkningene kan være avgjørende; når Haley nærmer seg solen, sender den ut jetstrømmer av sublimerende gass fra overflaten som bitte litt ut av sin bane. Disse endringene kan føre til at periehlium endres med fire dager.
I 1989 ble det gjennomført en analyse av 46 av Halleys returer, hentet fra historiske registreringer og datasimuleringer. Disse studiene viste at dynamikken var kaotisk og uforutsigbare over lange tidsskalaer. Halleys anslåtte levetid kan være så lenge som 10 millioner år. Nyere arbeid antyder at Halley vil fordampe, eller deles i to, i løpet av noen få hundretusen år.  Observasjoner av D.W. Hughes antyder at massen av Halleys kjerne er redusert med så mye som 80–90 % i løpet av de siste 2000–3000 omløpene.

Struktur og sammensetning

Giotto- og Vega-programmene ga planetologer de første bildene av Halleys overflate og struktur. Som alle andre kometer, begynner de volatile sammensetningene – de med lavt kokepunkt, slik som vann, karbonmonoksid, karbondioksid og andre iser – å sublimere fra overflaten av kjernen når Halley nærmer seg solen. Dette fører til at kometen utvikler en koma, eller atmosfære, opp til 100 000 km på tvers. Fordampingen av denne skitne isen frigjør støvpartikler, som ferdes bort fra kjernen sammen med gassen. Gassmolekylene i komaen absorberer sollyset før den utstråler den på nytt i ulike bølgelengder – et fenomen kjent som fluorescens – mens støvpartikler sprer sollyset. Begge prosessene gjør at komaen blir synlig.
Når en andel av gassmolekylene i komaen er blitt ionisert av solens ultrafiolette stråling, blir ionene i komaen trukket av solvinden – en strøm av ladde partikler utstrålt fra solen – til en lang hale som kan strekke seg over mer enn 100 millioner kilometer ut i rommet. Endringer solvindens strøm kan føre til at halen mister forbindelsen til kjernen.
Til tross for den enorme størrelsen på komaen, er Halleys kjerne relativt liten; knappe 15 km lang, 8 km bred og kanskje 8 km tykk. I form kan den minne litt om en peanøtt. Massen er relativt lav (omtrent 2,2×10¹⁴ kg) og den gjennomsnittlige tettheten er rundt 0,6 g/cm³, noe som indikerer at den stort sett består av mindre deler, som holdes sammen meget løst, og danner en struktur omtalt som en steinhaug. 
Bakkebaserte observasjoner av komaens lysstyrke antyder at Halleys rotasjonsperiode var ca. 7,4 dager. Bilder tatt fra ulike romsonder, sammen med observasjoner av jetstrømmene og skallet, antyder en periode på 52 timer. Gitt kjernens irregulære form, er Halleys rotasjon sannsynligvis kompleks. Selv om bare 25 % av Halleys overflate ble avbildet i detalj under forbiflyvningene, avslørte bildene en ekstremt variert topografi med åser, fjell, rygger, forsenkninger, og minst ett krater.
Halle er den mest aktive av alle de periodiske kometene. Andre, slik som Enckes og Holmes komet, viser aktivitet én eller to størrelsesordener svakere. Dagsiden – den som vender mot solen – er langt mer aktiv enn nattsiden. Observasjoner gjort med romfartøyer viste at gassene som ble sendt ut fra kjernen bestod av 80 % vann, 17 % karbonmonoksid og 3–4 % karbondioksid, og med spor av hydrokarboner. Nyere kilder gir imidlertid en verdi på 10 % for karbonmonoksid og inkluderes også spor av metan og ammoniakk.
Støvpartiklene ble funnet å primært være en blanding av karbon-hydrogen-oksygen-nitrogen (CHON – carbon-hydrogen-oxygen-nitrogen), sammensetninger som er vanlige i det ytre solsystemet, og silikater – slike som finnes i terrestriske bergarter. Støvpartiklene avtok i størrelse helt ned til grensen for oppdagelse (~0,001 µm). Forholdet mellom deuterium og hydrogen i vannet fra Halley var opprinnelig antatt å ligne det som finnes i havene på jorden, noe som da kunne antyde at Halley-type-kometer kunne ha brakt vannet til jorden i fjern fortid. Senere observasjoner viste at Halleys deuterium-forhold er langt høyere enn det som er tilfellet i havene på jorden, og derfor er slike kometer neppe kilder til vannet på jorden.
Giotto ga de første bevisene som støttet Fred Whipples hypotese om «skitne snøballer» for kometens sammensetning. Whipple postulerte at kometer er isete objekter som varmes opp av solen når de kommer til det indre solsystemet, og at isen på overflaten sublimerer (endres direkte fra fast tilstand til gassform) og sender jetstrømmer av volatile materialer utover og danner en koma. Giotto viste at denne teorien stort sett var korrekt, dog med noen endringer. Halleys albedo, for eksempel, er 4 %. Det betyr at den bare reflekterer 4 % av sollyset som treffer den – omtrent det man forventer for kull. Dermed er Halleys komet i realiteten beksvart, til tross for at den fremstår som klar og hvit for observatører på jorden.
Temperaturen på den «skitne isen» som fordamper fra overflaten varierer fra 170 K (−103 °C) ved høyere albedo til 220 K (−53 °C) ved lav albedo. Vega 1 fant at Halleys overflatetemperatur var i området 300 til 400 K (27 til 127 °C). Dette antydet at bare 10 % av Halleys overflate var aktiv og at en stor del av den var innpakket i et lag av mørkt støv, som holdt på varmen. Sammen antydet disse observasjonene at Halley faktisk primært bestod av ikke-volatile materialer, og dermed mer lignet en «snøete skittball» enn en «skitten snøball».

Før 1066

Halley kan ha blitt registrert så tidlig som 467 f.Kr., men dette er usikkert. En komet ble registrert i antikkens Hellas mellom 468 og 466 f.Kr. Tidspunktet, stedet, varigheten og en tilhørende meteorsverm antyder at det var Halley. Ifølge Plinius den eldre falt en meteoritt ned i byen Aegospotami i Trakia samme år. Han beskrev den som brun i fargen og på størrelse med et vognlass. Kinesiske krønikere nevnte også en komet dette året.
Den første sikre passeringen av Halleys komet i historiske registreringer er en beskrivelse fra 240 f.Kr, i den kinesiske kronikken Shiji, som beskriver en komet som kom til syne i øst og beveget seg nordover. Den eneste overlevende registreringen av passeringen i 164 f.Kr. finnes i en fragmentarisk tabell som nå eies av British Museum.
Passeringen 87 f.Kr. ble registrert i babylonske tabeller som sier at kometen ble sett «dag etter dag» i en måned. Denne passeringen kan gjenfinnes i representasjonen av Tigranes den store, en armensk konge som er avbildet på mynter hvor han bærer en krone, som ifølge Vahe Gurzadjan og R. Vardanjan har «en stjerne med en kurvete hale [som] kan representere Halleys passasje i 87 f.Kr.» Gurzadjan og Vardanjan argumenterer med at «Tigranes kunne ha sett Halleys komet da den passerte solen på sitt nærmeste 6. august i 87 f.Kr» siden kometen ville ha vært en «svært notabel hendelse»; for antikkens armenere kunne det ha varslet den nye æraen til den briljante kongen av konger.
Passeringen i 12 f.Kr. ble registrert i Hanshu av kinesiske astronomer av Han-dynastiet som sporet den fra august og gjennom oktober. Kometen passerte innenfor 0,16 AE fra jorden. Halleys passering i 12 f.Kr., kun noen få år fra den konvensjonelt tilordnede datoen for Jesus Kristus' fødsel, har ført til at noen teologer og astronomer har foreslått at den kan forklare den bibelske historien til Betlehemsstjernen. Der finnes andre forklaringer for fenomenet, slik som planetariske konjunksjoner, og der finnes også registreringer av andre kometer som kom til syne nærmere datoen for Jesus' fødsel.
Hvis, som det har blitt foreslått, referansen i Talmud til «en stjerne som kommer til syne hvert syttiende år som gjør skipskapteiner feiler» (se over) viser til Halleys komet, kan den være en referanse til passeringen i 66 f.Kr., fordi denne passasjen er knyttet til rabbi Joshua ben Hananiah. Denne passeringen var den eneste som fant sted i løpet av Hananiahs levetid.
Passeringen i 141 ble registrert i kinesiske krøniker. Passeringene i 374 og 607 kom begge innenfor 0,09 AE fra jorden. Passeringen i 684 ble registrert i Europa i en av kildene som ble brukt av kompilatoren av Nürnbergkrøniken fra 1493. Kinesiske registreringer omtaler den også som «feiekost-stjernen»
I 837 kan Halleys komet ha passert så nær jorden som 0,03 AE (4 500 000 km), den klart nærmeste passeringen. Halen kan ha strukket seg 60 grader over himmelen. Den ble registrert av astronomer i Kina, Japan, Tyskland og Midtøsten. I 912 ble Halleys komet registrert i Ulster-annalene, som slår fast at det var «et mørkt og regnfullt år. En komet kom til syne.»

1066

I 1066 ble kometen sett i England, og antatt å være et varsel: senere samme år døde Harald II av England under slaget ved Hastings; det var et dårlig varsel for Harold, men et godt varsel for mannen som beseiret ham, William Erobreren. Kometen vises på Bayeux-teppet som en flammende stjerne, og de overlevende historiene beskriver den som tilsynelatende fire ganger størrelsen av Venus, og skinnende med et lys tilsvarende en fjerdedel av månens. Halley kom innenfor 0,1 AE fra jorden dette året.
Denne passeringen er også registrert i Den angelsaksiske krønike. Eilmer av Malmesbury kan ha sett Halley tidligere i 989, som han beskrev det i 1066: «Du har kommet, har du? … Du har kommet, du kilde til tårer for mange mødre, du onde. Jeg hater deg! Det er lenge siden jeg så deg; men når jeg ser deg nå er du mye mer forferdelig, for jeg ser deg vinke over oppløsningen av mitt land. Jeg hater deg!»
Den irske Annalene av de fire mesterne registrerte kometen som «En stjerne [som] kom til syne på den syvende kalendae i mai, på tirsdag etter lille påske, over hvis lys glansen eller lyset fra månen ikke var større; og det var synlig for alle på denne måten til slutten av fire netter etter.» Urbefolkningen i Chaco i New Mexico kan ha registrert passeringen i 1066 i sine helleristninger.

1145–1378

Passeringen i 1145 ble registrert av munken Eadwine. Passeringen i 1986 fremviste en viftehale lignede den som vistes på Eadwines tegning. Noen hevder at Djengis Khan ble inspirert til å vende sine erobringer mot Europa på grunn av passeringen i 1222. Passeringen i 1301 kan ha blitt sett av kunstneren Giotto di Bondone, som viste Betlehemsstjernen som en firefarget komet i Nativity-delen av hans Arena-syklus, fullført i 1305. Ingen registreringer av passeringen i 1378 finnes.

1456

I 1456, året for Halleys neste passering, invaderte Det osmanske rike Kongedømmet Ungarn, et slag som kulminerte i beleiringen av Beograd i juli samme år. I et pavelig bulle beordret pave Callistus III om spesielle bønner for byens beskyttelse. I 1470 skrev den humanisten Bartolomeo Platina i sitt verk Lives of the Popes:

1531–1835

Halleys periodiske tilbakekomster har blitt betydelig undersøkt siden det 16. århundre. De tre passeringene i perioden 1531–1682 ble registrert av Edmond Halley, og de gjordet det mulig for ham å forutsi passeringen i 1759. Strømmer av damp som ble observert under kometens passeringen i 1853, førte til at Friedrich Wilhelm Bessel foreslo at kreftene i jetstrømmene av fordampet materiale kunne være store nok til å endre kometens bane betydelig.

Studier av Edmond Halley

Halleys komet var den aller første kometen som ble anerkjent som periodisk. Halley konkluderte etter å ha sett på karakteristikken på to kometer observert i 1531 av Petrus Apianus og i 1607 av Johannes Kepler i Praha, at dette var det samme objektet som returnerte hvert 76. år (en periode som siden har blitt justert til mellom 75 og 76 år). I sin Synopsis Astronomia Cometicae (1705) slo han fast at kometobservasjonene i 1456, 1531, 1607 og 1682 gjaldt samme komet, og regnet ut at den ville komme tilbake i 1758. 
Halley sin spådom viste seg å være riktig, selv om det ikke var før 25. desember 1758 at den ble oppdaget av Johann Georg Palitzsch, en tysk bonde og amatør-astronom. Halleys komet var ikke på sitt nærmeste til solen før i mars 1759. Gravitasjonskreftene til Jupiter og Saturn hadde forårsaket en oppbremsing av kometen, noe som et team av tre matematikere (Alexis Clairault, Nicole-Reine Lepaute og Joseph Lalande),hadde beregnet på forhånd. Halley fikk ikke se kometen returnere, da han døde i 1742.

1835

Den amerikanske forfatteren Mark Twain ble født 30. november 1835; bare to uker etter at Halleys komet passerte Solen. I sin biografi skrev Twain: «I came in with Halley's comet in 1835. It's coming again next year (1910), and I expect to go out with it. The Almighty has said no doubt, 'Now here are these two unaccountable freaks; they came in together, they must go out together.» Twain døde 21. april 1910, dagen etter at Halleys komet passerte Solen neste gang. Filmen The Adventures of Mark Twain fra 1985 er inspirert av dette.

1910

Passeringen i april 1910 var viktig av mange grunner: Det er første gang et fotografi er tatt av Halleys komet, kometen passerte ganske nær Jorden, og var et spektakulært syn på himmelen. Den 18. mai passerte den faktisk over solskiven, og Jorden passerte igjennom halen. På den tiden trodde man at halen inneholdt giftige gasser. Selv om media lagde sensasjons-historier, er det et faktum at gassene er så diffuse at ingen på planeten merket noen effekt av å passere igjennom halen.
Mange mennesker som hevder at de så 1910-passeringen av Halley, husker en annen komet som var enda sterkere, og faktisk var synlig på dagtid i fire måneder før Halleys komet dukket opp.

1986

Passeringen i 1986 var en av de minst gunstige for observasjon fra Jorden noensinne. Kometen ble aldri så spektakulær på himmelen, og lysforurensing fra storbyene hindret observasjoner for folk flest. Kometen var heller ikke synlig fra den nordlige halvkulen i mars eller april.
Flere romsonder ble sendt for å besøke Halleys komet. Sovjetunionen sendte romsonden Vega 1 som begynte å sende bilder fra 4. mars 1986, de første noensinne av kjernen til en komet, og passerte kometen 6. mars. Romsonden Vega 2 fulgte like etter med sin passering av kometen 9. mars. 14. mars passerte den europeiske romsonden Giotto. Japan sendte to romsonder, Suisei og Sakigake. Denne rekken med romsonder ble uoffisielt kalt for Halley Armadaen.
Basert på data fra Astron i desember 1985, det største ultrafiolette romteleskopet på den tiden, utarbeidet en gruppe sovjetrussiske forskere en modell av kometen coma. Kometen ble også observert fra en annet romsonde International Cometary Explorer (opprinnelig International Sun-Earth Explorer 3). 
Det var planlagt to romfergeoppdrag for å observere Halleys komet: STS-51-L og STS-61-E. På den første eksploderte romfergen Challenger under oppskyting i mars [1986, og alle slike planer ble dermed kansellert. Nyttelasten tenkt for å observere Halleys komet, ble ikke sendt ut i rommet før med ferden STS-35.

På vei mot 2061

12. februar 1991 ble det oppdaget noe underlig og uforklarlig ved Halleys komet av forskere ved European Southern Observatory (ESO). Kometen var 2,14 milliarder km fra solen, og en svær sky ble oppdaget rundt selve kometkjernen, som var 300 ganger mere lys enn kjernen. Tre ulike teorier har kommet frem: 1) vekselvirkninger med de svært energirike partikler som finnes i solvinden; 2) en kollisjon med et annet himmellegeme; eller 3) en betydelig mengde energi er blitt frigjort fra kometens kjerne.
I 1994 klarte forskere ved ESO å oppdage og fotografere Halleys komet 2,82 milliarder kilometer (18,8 AU) borte fra Solen. Halleys komet ble så i 2003 observert hele 4,2 milliarder kilometer (28,08 AU) borte fra Solen ved hjelp av observasjoner fra det europeiske observatoriet VLT (Very Large Telescope) i Cerro Paranal i Chile. Kometen kan dermed følges på hele sin ferd tilbake til det indre solsystemet.