Morfologia de los Cometas

Autor : dr.  Claudio  Elidoro 

Traducido del Italiano por Juan Lacruz

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El modelo de Whipple

El modelo comúnmente aceptado al inicio del siglo (XX)  suponía que el cometa estaba constituido por un  aglomerado de partículas de material meteorítico, de naturaleza extremadamente porosa, conteniendo una cantidad notable de moléculas de gas que, liberadas por la acción del Sol, originaban la coma. Tal modelo, denominado  el montón de grava, tenía su razón de ser en el análisis espectroscópico de la coma y en la química y morfología del material meteorítico (cuya procedencia era asociada hacía tiempo a restos de cometas); el problema de la estabilidad gravitacional (considerado crucial para garantizar la supervivencia a la acción del Sol) fue resuelta en 1902 por O.Callandreau quién demostró que ya para un aglomerado de 10 km de radio y 10¹⁷g de masa la estabilidad gravitacional está garantizada.

A propósito de este modelo, se pueden hacer las siguientes consideraciones (Tempesti, 1985):

1. El número de moléculas de C₂ de la coma se puede estimar (indicación derivada del estudio de los espectrogramas) en 10³⁵- 10³⁷, y su vida media es inferior a un día  (lo que implica que la coma se renueva completamente de forma cotidiana);

2. Análisis de laboratorio indican que el material meteorítico es capaz, por término medio, de absorber  10¹⁹ moléculas de gas por gramo, y esto lleva a suponer, considerando un núcleo de  10¹⁸ g , la presencia de un total de 10³⁷ moléculas absorbidas;

3. En este punto las cuentas no salen: suponiendo, asumiendo de hecho, que el número total de moléculas de la coma sea 10 veces el de C_2, se puede ver enseguida que la coma cometaria producida según el modelo de el montón de grava solo podría ser alimentada durante un día....

En 1950 F.L. Whipple puso en discusión este modelo y propuso uno nuevo : la bola de nieve sucia. Whipple, resumiendo, descartaba el concepto de núcleo cometario como agregado de materiales meteoríticos  agrupados por  la gravedad introduciendo, en su lugar, un núcleo compacto compuesto por hielo y materiales no volátiles. En el modelo de Whipple 1 gramo de hielo puede producir entre 10²² y 10²³ moléculas, lo que implica una disponibilidad teórica de 10⁴⁰- 10⁴¹ moléculas y por lo tanto, respecto al modelo anterior, una posible actividad cometaria por un tiempo de 10³ a 10⁴ veces más largo. Al delinear las características de su modelo, Whipple inicia el análisis de las temperaturas de fusión y ebullición de las moléculas retenidas responsables de la formación de la coma, es decir, CH₄, CO₂, NH₃, C₂N₂ e H₂O. En cuanto que el núcleo se aproxima al perihelio, el aumento de la irradiación solar sube la temperatura superficial de la zona expuesta al Sol provocando de este modo la evaporación del hielo y su dispersión en el espacio circundante. También el material meteorítico con dimensiones por debajo de cierto límite es expulsado por causa de la baja atracción gravitatoria del núcleo y da origen a la formación de la cola de polvo. Se puede verificar que cualquier partícula mas grande o de mayor densidad  puede desaparecer por choque térmico, pero normalmente permanecerán en la superficie produciendo así un estrato aislante : esta capa será responsable de la reducción sustancial de la pérdida de gas del núcleo en los pasos sucesivos del cometa.

Si toda la radiación solar fuese absorbida, un objeto esférico situado a 1 U.A. del Sol perdería en un año, por evaporación de su superficie, una capa de hielo de alrededor de 4 metros (Whipple, 1950).  Hay que tener presente,  sin embargo, que si el material meteorítico fuese una agregación de grano grueso y débilmente cementado, la conducción calorífica sería bajísima a causa de la superficie de contacto reducida entre las partículas que constituyen el estrato superficial del núcleo y esto implica una reducción del coeficiente de transmisión del calor en un factor de 10⁴ respecto al de un cuerpo sólido compacto, volviendo poco eficaz a esta forma de transmisión del calor. El mecanismo más eficiente para la transferencia del calor solar desde la superficie del núcleo a su interior parece que se identifica con el modo de radiación, es decir la emisión de radiación, a baja temperatura, absorbida por las partículas del material meteorítico.

La parte mas interna del núcleo cometario estará por lo tanto siempre extremadamente fría, no solo por la descrita baja conductividad térmica, sino también porque el calor disponible ha estado implicado en la evaporación, un mecanismo muy eficaz de refrigeración en el vacío.

Además de la producción y el mantenimiento de la coma en el curso de un paso por el perihelio, veremos otros tres hechos cruciales por los cuales el modelo precedente era inadecuado:

1.     La presencia de cometas (usualmente denominados con el término Sun-grazers) que se aproximan muchísimo al Sol y no resultan completamente desintegrados. El calor extremadamente elevado debe sublimar todo el gas absorbido y gran parte del propio material meteorítico que los componen; por otra parte las fuerzas de marea disgregarían fácilmente los pequeños cuerpos que componen el núcleo.

 

2.     La presencia de cometas periódicos. La estructura de  montón de grava no puede absorber nuevos materiales para reemplazar a los expulsados durante el paso anterior, dada la bajísima disponibilidad que ofrece el espacio interplanetario, y por lo tanto sería imposible para un cometa presentarse varias veces a su cita con el necesario contenido de sustancias volátiles.

 

3.      El movimieno algunas veces "no gravitacional" de los  cometas. El modelo que se creía válido antes de  Whipple no explica como algunos cometas anticipan el retorno al perihelio y otros, a la inversa, lo retrasan; El Encke, por ejemplo, anticipa cada retorno, por término medio 2 horas y media respecto al instante calculado teniendo en cuenta todas las perturbaciones gravitacionales, mientras que el Halley en cada retorno se retarda alrededor de 4 dias.

 

 El modelo propuesto por Whipple superaba brillantemente todos estos obstáculos:

 

1.     Un cuerpo compacto con las dimensiones de un núcleo cometario tiene éxito en pasar por la vecindad del Sol sin volatilizarse del todo, solamente en una capa fina exterior. Es ciertamente posible que se puedan producir fracturas del núcleo (hecho ocurrido al Ikeya-Seki), pero no la completa dispersión.

2.     Si el núcleo está compuesto principalmente por hielo, no hay necesidad de reemplazar en órbita el material que, sublimado, ha dado origen a la coma. La  masa estimada del núcleo cometario puede, de hecho, dar razón de sobra a los numerosos pasos de los cometas periódicos.

3.     Que la causa del movimiento "no gravitatorio" de los cometas puede identificarse con una fuerza de reacción a la expulsión de gas del núcleo había sido propuesta por Bessel en la primera mitad del siglo XIX (se contrapone a la hipótesis que proponía la existencia de un medio resistente interplanetario), pero el cálculo excluye que el gas liberado en el modelo del montón de grava pueda tener intensidad suficiente. En el modelo de Whipple, por el contrario, la velocidad térmica de expulsión de las moléculas del núcleo como consecuencia de la sublimación del hielo (con valores de decenas de m/sec) pueden justificar la presencia de un efecto-cohete; en el cometa de Halley se han encontrado por la sonda Giotto verdaderos chorros de gas y polvo saliendo por fisuras presentes en la corteza superficial del núcleo en el lado vuelto hacia el Sol. El anticipo o retardo de la vuelta al perihelio de un cometa se puede explicar recurriendo a este efecto-cohete y a la presencia de una rotación del núcleo (Figura 15 - Whipple, La naturaleza de los  cometas, pag.285).

Un cometa está por lo tanto sustancialmente compuesto por un núcleo, constituido por un aglomerado de hielo y polvo cuya estructura interna nos es desconocida, orbitando entorno al Sol; la subida de la temperatura al aproximarse al perihelio provoca la evaporación del hielo y la consiguiente expulsión del núcleo de materiales volátiles y polvo que van a constituir la coma. La interacción de esta estructura con el campo magnético interplanetario y con el viento solar origina una estela visible denominada cola, siempre revuelta, como una bandera, señala el viento en dirección opuesta al Sol

(ver figura 16 – reproducción de: Hamilton, http://bang.lanl.gov/solarsys/comet.htm mayo 1996

 

 

 

 

 

 

 

Creo que es interesanate, antes de pasar a analizar la morfología de las partes que componen un cometa (núcleo, coma y cola), presentar una tabla que muestra la abundancia relativa de las sustancias gaseosas, volátiles (hielos) y no volátiles (a la temperatura terrestre ordinaria) de los cuerpos del Sistema Solar verificando de este modo la consistencia de la teoría que identifica la zona de Urano y Neptuno con la zona principal de formación de los cuerpos cometarios. 

(De: Tempesti – Diario de  Astronomia vol.11, n.2, 145; 1985)

Una segunda tabla  (según los datos obtenidos en la exploración cercana del cometa Halley) permite una ulterior confrontación entre el material cometario y los valores típicos del Sistema Solar analizando la abundancia relativa de isótopos de algunos elementos. Tal confrontación permite expresar dos consideraciones;

A. la concordancia sustancial de los parámetros del Halley con los que se refieren al Sistema Solar para el carbono, nitrógeno y azufre no puede más que confirmar el origen “solar” del material cometario;
B. la discordancia en el caso de la relación deuterio/hidrógeno se puede interpretar en términos evolutivos, en el sentido de que la intensa foto disociación del agua produce la liberación de enormes cantidades de hidrógeno, y este fenómeno afecta preferentemente al hidrógeno normal, más ligero que el deuterio; de aquí el incremento de la cantidad relativa de este último (Guaita, 1990).

(Da: L'Astronomia, 98, 30; 1990)

El núcleo

Lo que más asombra cuando se afronta el análisis de un núcleo cometario es la imposibilidad de su observación directa. Cuando la distancia a nosotros es favorable para una observación fácil, de hecho, está completamente envuelto y escondido en la coma que el mismo ha originado; cuando, por el contrario, la coma está ausente, el núcleo cometario se haya ya a una distancia tal que no puede ser encontrado debido a sus dimensiones reducidas. Un fenómeno tan majestuoso como es la aparición de un cometa encuentra, por lo tanto, su explicación en un objeto celeste que, ciertamente, no puede resultar mas decepcionante....

Las dimensiones actualmente estimadas para el núcleo cometario van desde algunos cientos de metros a algunas decenas de kilómetros: el análisis completo en la vecindad del núcleo del cometa Halley por la sonda Giotto en marzo de 1986 ha hecho posible determinar las medidas en 15 x 7.2 x 7.2 km evidenciando también una forma fuertemente irregular. La localización del máximo de actividad del núcleo del Halley (encontrado por la sonda Vega del Giotto) justo en los extremos del elipsoide resultante de excluir la forma irregular del núcleo puede depender de un mecanismo de sublimación preferencial en ciertas zonas. Es por lo tanto preferible pensar que el cometa ha nacido yá con forma irregular como un aglomerado de fragmentos (Keller y Thomas, 1989).

En el modelo más recientemente propuesto para los núcleos cometarios se prevé no una estructura compacta como la sugerida por Whipple, sino un agregado de fragmentos con el hielo que actuaría como cemento (Mc Sween y Weissman, 1989).

Tal descripción está en línea con la hipótesis de la estructura de algunos asteroides (monton de grava) y puede rendir razón eficazmente del resquebrajamiento del núcleo que es el origen de los fenómenos meteoríticos asociados a la dispersión de material cometario en el espacio. Inevitablemente, sin embargo, tenemos que convenir con Taylor (1992) que, en el estado actual, la estructura interna del núcleo cometario es todavía un misterio; optimas perspectivas para desvelarlo se ponen en la futura misión espacial Roseta, que analizará in situ el núcleo del cometa Wirtanen.

Importantísimo para la determinación de los parámetros físicos del cometa ha sido, también en este caso, la contribución de las sondas, la primera de todas la sonda Giotto. Que ha permitido medir la emisión del núcleo del Halley cuantificando la de gas en 2x10⁷ g/sec y la de polvo en 0.3-1.0x10⁷ g/sec; de estos datos se puede deducir que cada paso por la proximidad del Sol supone para este cometa la pérdida de alrededor de 10¹⁴ g, y, dado que la estimación de la masa total sugiere un valor de 10¹⁷ g, podemos reconocer mucho más que plausiblemente sus numerosos pasos (una treintena) en el siglo XX, minuciosamente registrados en las crónicas históricas. Otro dato extremadamente significativo procurado por las observaciones en la vecindad del núcleo del cometa Halley es su color oscuro: de hecho refleja solo un 4% de la luz solar incidente.

 

Continuando con el análisis del núcleo cometario, la Figura 17 (Taylor, Solar System Evolution, pag. 124, fig. 3.10.1) esquematiza su estructura de un modo muy significativo y halla confirmación sustancial en las imágenes enviadas a la Tierra por la sonda Giotto.

 

 

 

 

Una últmia información importante obtenida en el  fly-by de la Giotto (la sonda  transitó a una distancia de alrededor de 600 km del núcleo del Halley) es la localización de las zonas de sublimación del gas: estas aparecen bien delimitadas localmente y corresponden a una superficie activa evaluable entorno al 10% de la superficie nuclear.

Habiendo citado muchas veces la misión Giotto recordemos, por ser precisos, que el primer encuentro de una sonda espacial con un cometa ha sido el del Explorador Cometario Internacional (ICE) el 11 de septiembre de 1985 con el cometa Giacobini- Zinner.
Las modestas dimensiones halladas para los núcleos cometarios confirman también las observaciones de radar como en el caso de las campañas (NASA-JPL) efectuadas sobre el cometa Hyakutake de las cuales ha resultado un núcleo de solo 1-3 km, lo que hace suponer, dada la intensa actividad manifestada, que la parte de la superficie nuclear activa fuese superior al 10% obtenida para el Halley (Cremonese, 1996).

Diferente, sin embargo, es el caso del Hale-Bopp para el cual, suponiendo una fracción del 10-20% de la superficie como zona activa, lleva a estimar un núcleo de 30-40 km,  medida confirmada por el análisis de la radiación térmica emitida por el núcleo, por las imágenes infrarrojas tomadas por el satélite europeo ISO, por, en fin, por el análisis del perfil de luminosidad de la coma del cual se deduce la cantidad de la luz reflejada por el núcleo y , también, sus dimensiones.

Ya se ha señalado el hecho de qué, en una vuelta se gastaría la reserva interna de hielo, a no ser por la imposibilidad de salir del material sublimado a causa de la presencia de una corteza protectora, el aspecto del núcleo no será muy distinto del de un asteroide y la discriminación entre objetos que pertenecen a las dos clases será prácticamente imposible (Wetherill e Shoemaker, 1982).
Un último aspecto a subrayar respecto al núcleo de un cometa se presenta en el análisis de su rotación.

En la descripción del modelo de Whipple se había evidenciado que la rotación del núcleo, asociada al efecto-cohete, es fundamental para interpretar el movimiento Considerado “no gravitacional” (anticipo y retraso del retorno al perihelio) del cometa.

La hipótesis de la rotación del núcleo se basaba inicialmente solo en argumentos de tipo estadístico (no se conoce ningún cuerpo celeste que no esté dotado de rotación), pero el refinarse de las técnicas fotométricas (estudio de las curvas de luz) ha contribuido no poco a confirmar los datos teóricos. Quedan algunas dudas al cuantificar con precisión el periodo de rotación, pero esto, depende de las evidentes dificultades observacionales que se derivan de la pequeñez del núcleo,  de su forma a menudo fuertemente irregular y de la posible impredecibilidad del mecanismo de emisión del gas y polvo que sigue a una variación de la reactividad al calor solar. Para el Halley, por ejemplo, hay indicaciones contradictorias entre la periodicidad de 53 horas sugerida por las observaciones de la raya Lyman-alfa del H (confirmadas en las imágenes ópticas tomadas por la Giotto), y la periodicidad de 7.4 dias que se deduce de medidas fotométricas en la banda del C2, del CN y del OH.

El Hyakutake, por el contrario, ha mostrado una rotación decididamente más rápida, con un periodo estimado de 6-8 horas. Y esta elevada velocidad de rotación , unida a las pequeñas dimensiones del núcleo y a la intensa actividad (interpretada como consecuencia de una superficie joven y no recubierta todavía de ninguna corteza protectora) que sugiere la hipótesis de que este cometa sea un fragmento separado "recientemente" (¡siempre en relación al tiempo cósmico!) de un cuerpo cometario mucho mas grande (Crippa et al., 1996).

 

La coma

Es el elemento morfológico que da el nombre a estos cuerpos celestes.

El primer aspecto a notar respecto a la coma es su enorme extensión respecto al núcleo; por este hecho, por la imposibilidad de efectuar una medida unívoca, se puede asumir, en el momento de máximo desarrollo, unas dimensiones típicas de entre 30 mil y 100 mil km.

 

Está constituida por gas expulsado por el núcleo y las variaciones en sus dimensiones en su aproximación al Sol depende de dos mecanismos que se oponen entre ellos: por un lado la subida de las temperaturas, que, aumentando la producción de gas, tiende a extenderla, por otro lado la mayor presión de la radiación solar, que tiende a reducirla.

 

 

 

 

 

La coma de un cometa está formada por  tres capas concéntricas: procediendo desde el núcleo hacia el exterior encontramos una primera capa reducida llamada coma interna (o coma molecular), sucesivamente la coma intermedia (o coma de radicales) y al final una capa enorme llamada coma de hidrógeno.
La estructura y las dimensiones típicas de una coma se esquematizan en la  Figura 18 (adaptada de: Tempesti, Giornale di Astronomia, pag. 152, fig. 2), notemos sin embargo que los valores mostrados son indicativos y extremadamente variables de un cometa a otro, como se puede ver también en la siguiente tabla (los valores mostrados son el diámetro expresado en km):

 

 

(Datos obtenidos de : Tempesti, Giornale di Astronomia, vol.11, N.2, 145; 1985)

La formación de la coma es el elemento que permite localizar al cometa en observaciones visuales cuando se halla por término medio entorno a 3 U.A. del Sol. Es la observación de la nebulosidad de la coma lo que busca el cazador de cometas, una figura más actual que nunca, como confirma la circunstancia de que el reciente cometa 1996 B2 ha sido descubierto el 31.01.96 por un fotógrafo japonés, Yuji Hyakutake. Y también a propósito de los cazadores de cometas, creo interesante notar que el Catálogo de Messier de 1784 (la primera relación de objetos galácticos y extra galácticos de particular apariencia óptica) nació como memoria para no considerar erróneamente como cometa una nebulosidad o cúmulo estelar.

Hablando de la localización visual de los cometas es oportuno hacer una breve consideración sobre la luminosidad de estos cuerpos celestes.

Si el núcleo fuese un objeto inactivo bajo la luz solar, su magnitud dependería de la distancia al Sol (r) y de la distancia al observador (Delta) según una proporción cuadrática, sugiriendo una relación del tipo

m = mo + 5 log (Delta) + 5 log (r)

Pero el núcleo es fuertemente reactivo a la radiación solar y por lo tanto la relación debe ser sustituida por

m = mo + 5 log (Delta) + 2.5 n log (r)

En la cual la dependencia es del tipo rⁿ.
En la mayor parte de los casos los valores de n están compredidos entre 2.5 y 11.5, es por lo tanto muy variable de un cometa a otro y, a menudo, también para un mismo cometa. A este propósito bastará recordar la gran desilusión asociada al cometa Kohoutek (1973, XII) para el cual el valor estimado inicialmente (4.0) habria llevado al cometa a la magnitud aparente –3; el parámetro n, por el contrario, bajó al valor 2.0 y esto llevó al cometa en el momento de máxima luminosidad, solo a la cuarta magnitud.

De las primeras observaciones espectroscópicas (por obra de G.B.Donati y W. Huggins en 1864) resultó que la coma está constituida por compuestos del carbono, del hidrógeno, del oxígeno y del nitrógeno.

En la coma de un cometa que se acerca mucho al Sol se ven otras rayas importantes de emisión de metales en estado atómico como NA, K, Mn, Cu, Fe, Co y Ni, que provienen ciertamente de la vaporización del material meteorítico del núcleo. La doble raya amarilla del Na fue encontrada la primera vez analizando el cometa 1882 II en la proximidad del perihelio, situado solamente a 0.06 U.A. del Sol. El análisis detallado de las sustancias encontradas en la coma del cometa ha, desde el principio, sugerido que las moléculas observadas no son más que emanaciones del núcleo, lo que implica las moléculas expulsadas del núcleo deberían ser más complejas (que vienen de otras moléculas-madre); estas constituyen la coma interna, estructura no directamente accesible a la observación. Estas moléculas madre originan, por disociación provocada por la radiación solar, las consiguientes moléculas-hijas que constituyen la capa intermedia o coma visible.

Las moléculas hijas son principalmente, a parte del radical OH, el carbono bi-molecular C2 que origina la banda de Swan, el cianógeno CN y el óxido de carbono ionizado CO+.

La abundancia espectroscópica del oxidrilo OH+ y el hecho de que se viene encontrando un aumento de luminosidad de la coma a distancias inferiores a 3 U.A. (distancia a la que se llega a una temperatura que permite la evaporación del hielo de agua) induce a concluir que es el propio hielo de agua el que predomina entre los hielos cometarios,  y lo sugiere también la presencia segura del hidrógeno.

La confirmación llego en 1970 cuando el satélite QAO2, por medio de observaciones en el ultravioleta, encontró entorno a la coma del Tago-Sato-Kosoka (1969, IX) una capa enorme de hidrógeno, inobservable desde la Tierra. Del análisis de los datos relativos al cometa, encontrados también gracias al satélite, se puede deducir que el agua constituye alrededor del 80% de las moléculas que emanan del núcleo. A parte del agua, entre las moléculas madre, hay pero en cantidad mucho menor, anhídrido carbónico CO2, ácido isocianhídrico HNC, amoniaco NH3, cianuro de metilo CH3CN y metano CH4.

propuesto varias explicaciones, no puede más que confirmar el que todavía hay muchos puntos oscuros en la compresión plena de estos objetos celestes.

De observaciones de radio del mismo cometa emerge la presencia de abundantes emisiones (2.2x10²⁶ moléculas/sec) de etano (C2H6) con el pico en la región nuclear, hallazgo que induce a considerar el etano como molécula-madre y no como producto de disociación (Cremonese, 1996); De la importancia de esta abundante producción (y de su interpretación) se habla en el tema sobre el origen de los cometas.

Ha causado cierta perplejidad, también porque era la primera vez que se verificaba, el descubrimiento  (27.03.1996) de emisiones de rayos X de baja energía en el cometa Hyakutake encontrada por el satélite alemán en órbita  ROSAT (IAUC 6373). Actualmente este fenómeno ha sido observado en otros ocho o nueve cometas y tya están en estado avanzado hipótesis que explicarán las emisiones.

Una primera hipótesis prevé un mecanismo de captura de rayos X de origen solar por parte de la nube molecular de agua y la sucesiva re-emisión en un proceso de fluorescencia; una segunda hipótesis explica el fenómeno recurriendo al mecanismo de reflexión de rayos X de origen Solar por obra de los granos sub-microscópicos del polvo expulsado del núcleo (Caprara, 1996; Cremonese, 1996).
Pero en este momento la hipótesis que se piensa que es más plausible, sugerida por los investigadores de la Universidad de Michigan, es que el fenómeno puede ser debido a la violenta interacción entre los átomos y las moléculas de la coma con el viento Solar, situación que llevaría a la captura de electrones cuya sucesiva caída a niveles energéticos inferiores tendría como resultado la emisión energética en la región de rayos X del espectro.

 

 

La cola

Siendo también, tradicionalmente, lo más característico (y ciertamente lo más espectacular) de un cometa , no siempre la cola acompaña las apariciones de estos cuerpos celestes. Y en algún caso muy raro, alcanza proporciones muy considerables como en el caso del Ikeya-Seki (1965 VIII), un cometa cuya cola ha llegado a tener la excepcional longitud de casi 1 U.A. Que la cola estuviese de alguna manera ligada a la emisión de material del núcleo empujado por la fuerza general repulsiva del Sol se había supuesto desde el inicio del siglo XIX (Olbers y Bessel) también soportado por el dato observacional que sugería para la cola siempre una orientación en dirección opuesta al Sol. Ya desde finales de 1800 Svante Arrhenius identificaba esta fuerza con la presión ejercida por la radiación electromagnética.

El análisis espectroscópico de la cola cometaria muestra la presencia de dos componentes distintos: coexistiendo, de hecho, uno con espectro continuo de tipo solar, otro con espectro de bandas luminosas. La interpretación que se deriva es que le continuo sea debido a la reflexión de la luz solar por obra del polvillo (expulsado del núcleo como el gas), mientras que el de emisión sea causado por el gas excitado por la radiación solar. Esta doble naturaleza se vuelve muy evidente en algunos casos (por ejemplo el cometa Mrkos, 1957 V) en el cual se ha podido notar una verdadera bifurcación de la cola cometaria. Además el análisis espectroscópico, también la observación visual permite identificar la tipología de la cola: en el caso de la cola de polvo se puede notar una estructura de arco, mientras que la cola de plasma está caracterizada por una estructura rectilínea dispuesta a lo largo de la dirección sol-cometa. La forma típica arqueada de la cola de polvo se explica gracias a la acción de tres componentes: la velocidad del cometa en su movimiento orbital, la fuerza gravitatoria (atractiva) que se ejerce sobre los granos de polvo y la presión de la radiación solar (repulsiva). La relación entre las dos últimas debe permanecer prácticamente constante, a iguales dimensiones de las partículas, a cualquier distancia del Sol porque ambas varían con el inverso del cuadrado de la distancia. No es constante, en cambio, la velocidad del cometa en su órbita, para la cual vale la tercera ley de Kepler, que prevé un aumento progresivo de la velocidad en la aproximación al perihelio. Esto tiene esencialmente dos consecuencias para la cola de un cometa en su aproximación al Sol: lo primero un aumento de sus dimensiones, y, en segundo lugar, una mayor evidencia de la curvatura de la cola de polvo. Desde hacia la mitad del siglo XX se ha intentado aplicar el mismo mecanismo para la cola de plasma; las moléculas,sin embargo, no tienen en comparación con la radiación el comportamiento puramente mecánico del polvo, sino que sufren procesos de absorción y re emisión de la radiación que solamente el desarrollo de la Mecánica Cuántica ha podido definir.

La solución del problema, juzgada válida hasta hoy, fue formulada en los años 1950 por L-F. Biermann que identificó el viento solar (fundamentalmente compuesto por protones y electrones emitidos por el Sol a una velocidad de 500 km/sec) como responsable del origen de la cola de plasma del cometa; fueron estos fenómenos observados en la cola los que dieron indicación y proveyeron prueba de la existencia de una radiación solar de tipo corpuscular. Bajo esta óptica tuvieron éxito en explicar las repentinas desconexiones y sucesivos re-conexiones (muchas veces observadas) de la cola de plasma del núcleo; el viento solar, de hecho, estando constituido por nubes no homogéneas de cargas eléctricas en movimiento, genera campos magnéticos rápidamente variables en el tiempo, y en el se mueven siguiendo trayectorias no siempre lineales las partículas constituyentes de la cola.

 

Como consecuencia de la misión espacial destinada al estudio del cometa Giacobini-Zinner (International Cometary Explorer) durante su paso de 1985, se han recogido datos que han hecho posible estudiar la estructura de la cola. Estaba formada por dos lóbulos distintos,  cada uno de ellos compuesto por las líneas de campo magnético que se extendían desde la coma; cada lóbulo estaba dotado de polaridad magnética opuesta y entre ellos había una divisón de corriente eléctrica (Figura 19 - AA.VV., The Giacobini-Zinner handbook, pag. I-8, fig. I-4Contrariamente a lo que se representa, sin embargo, no se halló ninguna onda de choque (bow-shock) en la parte de proa de la proximidad del núcleo).
Esta estructura tenía su origen en la interacción del de la ionosfera del cometa con las líneas del campo magnético interplanetario. La acción del viento solar sobre la superficie externa generaba entonces una estructura compleja, un arrollamiento de las líneas del campo magnético entorno al núcleo "como spaghetti en un tenedor" (Von Rosenvinge et al., 1986).
Las observaciones llevadas a cabo con ocasión del paso del los dos últimos cometas espectaculares (el Hyakutake y el  Hale-Bopp) han aportado nuevos importantes conocimientos sobre las colas cometarias. Gracias a la campaña de la sonda SOHO ha sido posible confirmar, de hecho, descubrir en el cometa Hyakutake una tercera cola (además de las otras dos tradicionales) formada por iones pesados, mediante el empleo de filtros particulares en las observaciones del cometa Hale-Bopp se ha puesto en evidencia una cola constituida por átomos de Na neutro que hasta entonces había escapado las observaciones (IAUC 6631).  Esta última cola ha resultado 50 millones de km de largo y 500 mil km de ancho, muy distinta de las otras dos colas y situada angularmente a algunas decenas de grado respecto a ellas; observaciones concretas, posteriores, han permitido demostrar que tal cola no tiene nada que ver con la tradicional cola de plasma. En el estado actual, todavía no está claro el mecanismo que está en el origen de esta cola: la mayor sorpresa está en en el hecho de que el Na se encuentra a gran distancia del núcleo,  pero en este punto, según el modelo estándar se debe hallar ionizado y por lo tanto no debería dejar traza.

Un segundo aspecto problemático es la enorme aceleración a la que están sometidos los átomos de Na (cuya velocidad es de 58 km/sec a una distancia de 5 millones de km del núcleo o bien de 95 km/sec a una distancia doble), aceleración que no es explicable recurriendo únicamente a la acción del viento solar.

Es muy facil en este punto,  terminar el discurso relativo a los cometas subrayando el que todavía hay muchos puntos oscuros en la comprensión de estos fenómenos celestes; lo importante es no desistir en la esperanza de conseguir aclarlos, se espera el día no muy lejano, en que también los últimos secretos de estos cuerpos helados, auténticos "vagabundos del espacio" sean desvelados (Lang e Whitney, 1994).