home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Ian & Stuart's Australian Mac: Not for Sale / Another.not.for.sale (Australia).iso / Dr. Doyle / Jupiter Comet / Education Notes / sl9-jpl.04 < prev    next >
Text File  |  1994-04-15  |  9KB  |  156 lines

  1.  
  2. 4. The Discovery and Early Study of Shoemaker-Levy 9
  3.  
  4.         Comet Shoemaker-Levy 9 was discovered photographically 
  5. by the husband and wife scientific team of Carolyn S. and Eugene 
  6. M. Shoemaker and David H. Levy on March 24, 1993, using the 0.46-m 
  7. (18-in.) Schmidt telescope at Palomar Observatory in California. 
  8. Its discovery was a serendipitous product of their continuing 
  9. search for "near-Earth objects", and the "9" indicates that it was 
  10. the ninth short-period comet (period less than 200 years) 
  11. discovered by this team. Near-Earth objects are bodies whose 
  12. orbits come nearer to the Sun than that of Earth and hence have 
  13. some potential for collisions with Earth. The appearance of the 
  14. comet was reported as "most unusual"; the object appeared as "a 
  15. dense, linear bar about 1 arc minute long" and had a "fainter, 
  16. wispy tail". (A circle is divided into 360 degrees, each degree 
  17. into 60 minutes, and each minute into 60 seconds. The word "arc" 
  18. is added to denote an angular measure rather than time. The 
  19. diameter of the Moon is near 30 arc minutes, for example, while 
  20. the apparent diameter of Jupiter when closest to Earth is 
  21. 50 arc seconds.) The comet's brightness was reported as about 
  22. magnitude 14, more than a thousand times too faint to be seen with 
  23. the naked eye.
  24.  
  25. The existence of this object was soon confirmed by James V. Scotti 
  26. of the Spacewatch program at the University of Arizona, and the 
  27. International Astronomical Union's Central Bureau for Astronomical 
  28. Telegrams immediately issued "Circular No. 5725" reporting the 
  29. discovery as a new comet, giving it the provisional designation of 
  30. 1993e (the fifth comet discovered or recovered in 1993). Scotti 
  31. reported at least five condensations in a "long, narrow train 
  32. about 47 arc seconds in length and about 11 arc seconds in width," 
  33. with dust trails extending 4.20 arc minutes to the east and 
  34. 6.89 arc minutes to the west and tails extending about 
  35. 1 arc minute from elements of the nuclear train. Bureau director 
  36. Brian G. Marsden noted that the comet was some 4 arc minutes from Jupiter and 
  37. that its motion suggested that it could be near Jupiter's distance 
  38. from the Sun. 
  39.  
  40. By March 27 Marsden had enough positions to attempt to derive 
  41. possible orbits. One elliptical solution gave a close approach to 
  42. Jupiter in July 1992. Also on March 27, Jane Luu and David Jewitt 
  43. took an image with the 2.2-m telescope on Mauna Kea in Hawaii that 
  44. showed as many as 17 separate sub-nuclei "strung out like pearls 
  45. on a string" 50 arc seconds long, and this was reported in 
  46. Circular No. 5730 two days later. Figure 4 shows an early image 
  47. taken by Scotti on March 30, 1993. This long exposure (440 seconds 
  48. on a CCD detector) brings out the faint detail of the debris 
  49. field, though it overexposes the individual nucleus fragments. 
  50. Figure 5 is an image from the Hubble Space Telescope (HST), taken 
  51. by Harold A. Weaver and collaborators on July 1, 1993 (before the 
  52. HST repair mission), that clearly shows at least 15 individual 
  53. fragments in one image frame of the train.
  54.  
  55. In IAU Circular No. 5744, dated April 3, 1993, Marsden used 
  56. positions covering a period of 17 days (including two prediscovery 
  57. positions from March 15) and was able to report that no orbit of 
  58. very long period (near parabolic) was possible. The orbit had to 
  59. be an ellipse of rather small eccentricity relative to the Sun and 
  60. relatively short period. Since it was not at all obvious where the 
  61. center of mass of this new comet lay, most observers were just 
  62. reporting the position of what appeared to be the center of the 
  63. train. This made an accurate orbit (or orbits) difficult to 
  64. determine. Marsden suggested that a very close approach to Jupiter 
  65. in 1992 continued to be a distinct possibility, and the orbit he 
  66. chose to publish was one with the comet "at least temporarily" in 
  67. orbit around Jupiter.
  68.  
  69. By May 22 Marsden had almost 200 positions of the center of the 
  70. train. In Circular No. 5800 he reported on an orbit computed 
  71. May 18 by Syuichi Nakano that showed the comet approaching within 
  72. 120,000 km of Jupiter on July 8, 1992, and approaching again, this 
  73. time within 45,000 km of the center of Jupiter, on July 25, 1994. 
  74. Marsden noted that this distance was less than the radius of 
  75. Jupiter. In other words, the comet, or at least parts of it, could 
  76. very well hit Jupiter.
  77.  
  78. By October 18, 1993, Paul W. Chodas and Donald K. Yeomans were 
  79. able to report at the annual American Astronomical Society's 
  80. Division of Planetary Sciences meeting that the probability of 
  81. impact for the major fragments of Shoemaker-Levy 9 was greater 
  82. than 99%. The fragments apparently would hit over a period of 
  83. several days, centered on July 21.2, on the night side of Jupiter 
  84. at latitude 44 deg. S and longitude 35 deg. past the midnight meridian, 
  85. according to available observations. This unfortunately is also 
  86. the back side of Jupiter as viewed from Earth. The 1992 approach 
  87. to Jupiter that disrupted the comet was calculated to have been at 
  88. a distance of 113,000 km from the planet's center and only 
  89. 42,000 km above its cloud tops. Furthermore, they found that the 
  90. comet had been in a rapidly changing orbit around Jupiter for some 
  91. time before this, probably for at least several decades. It did 
  92. not fragment during earlier approaches to Jupiter, however, 
  93. because these were at much greater distances than that of 1992. 
  94.  
  95. After recovery of the comet on December 9, following the period 
  96. during which it was too near to the Sun in the sky to observe, 
  97. Chodas and Yeomans found that the probability was greater than 
  98. 99.99% that all the large fragments will hit Jupiter. The 
  99. encounter period is now centered on July 19.5, and orbits for 
  100. individual fragments are uncertain by about 0.03 days (40 minutes). The 
  101. impact site has moved closer to the limb of Jupiter, now near 75 deg. 
  102. from the midnight meridian and only a few degrees beyond the dark 
  103. limb as seen from Earth, but all pieces still impact on the back 
  104. side. The 1992 approach that split the comet is now calculated to 
  105. have occurred on July 7.84 and only 25,000 km (15,500 mi.) above 
  106. the clouds. These data now cover a much longer time base and are 
  107. based upon calculations for individual fragments. They are 
  108. unlikely to change significantly in the future. The comet probably 
  109. approached Jupiter no nearer than about 9 million km in the orbit 
  110. prior to that of 1992.
  111.  
  112. In a comprehensive paper prepared for The Astronomical Journal, 
  113. Zdenek Sekanina, Chodas, and Yeomans report on the details of the 
  114. breakup of Shoemaker-Levy 9 as calculated from the positions, 
  115. motions, and brightness of the fragments and debris. They used 
  116. data from Jewitt, Luu, and Chen taken in Hawaii, Scotti in 
  117. Arizona, and Weaver's Hubble Space Telescope (HST) observing team. 
  118. For example, the 11 brightest fragments as measured with the HST, 
  119. visual (V) magnitude 23.7-24.8 or about 15 million times too faint 
  120. to be seen by the naked eye, had the brightness one would expect 
  121. from spheres 4.3 down to 2.5 km in diameter, assuming a normal 
  122. cometary reflectivity for the fragments (about 4%). Of course the 
  123. fragments are not spheres, since tidal disruption tends to occur 
  124. in planes perpendicular to the direction of the object causing the 
  125. disruption (Jupiter) and since comets generally are not spherical 
  126. to begin with. Nevertheless, adding up the sizes of these 
  127. 11 fragments, the other fragments not precisely measured, and all 
  128. of the debris making up the trails and tails, suggests that the 
  129. original comet must have been at least 9 km in average diameter, 
  130. and it could have been somewhat larger. This was a good-sized 
  131. comet, about the same size as Comet Halley.
  132.  
  133. When comets split, the pieces do not go flying apart at a high 
  134. velocity, each to immediately go into its own independent orbit. 
  135. The escape velocity from a non-rotating spherical comet 5 km in 
  136. radius with a density of 0.5 g/cm^3 (half that of water) is 
  137. 2.65 m/s (6.5 mph). If suddenly freed of gravity and molecular 
  138. bonds, a particle at the equator of that 10-km body, assuming a 
  139. rotation period of 12 hours, would depart with a velocity of only 
  140. 0.72 m/s (1.6 mph) relative to the center of the comet. Some 
  141. comets appear to rotate more rapidly than once per half day, while 
  142. many, such as Halley, rotate more slowly. In any case the 
  143. centrifugal force on unattached pieces of material lying on the 
  144. surface of a rotating comet is not normally sufficient to overcome 
  145. the gravity holding them there. Pieces do not fly off of the 
  146. nucleus "spontaneously". Even when the tidal forces overcome self-
  147. gravity the pieces separate slowly, and they continue to interact 
  148. gravitationally. More important, the pieces bang into one another, 
  149. changing their velocities and perhaps fragmenting further. 
  150.  
  151. In the case of Shoemaker-Levy 9, Sekanina, Chodas, and Yeomans 
  152. estimate that although fragmentation probably began before closest 
  153. approach to Jupiter, dynamic independence of the pieces didn't 
  154. occur until almost two hours after closest approach. 
  155.  
  156.