A Halley-üstökös, hivatalos nevén 1P/Halley, egy rövid periódusú üstökös, amely 75–79 évente jelenik meg. A Halley az egyetlen ismert rövid periódusú üstökös, amely rendszeresen látható szabad szemmel a Földről, és így az egyetlen, amely egy emberi élet során kétszer is megjelenhet. A Halley utoljára 1986-ban jelent meg a Naprendszer belső részein, legközelebb pedig 2061 közepén jelenik meg.
Halley időszakos visszatérését a belső Naprendszerbe a csillagászok világszerte megfigyelték és feljegyezték legalább i.e. 240 óta. Edmond Halley angol csillagász csak 1705-ben értette meg, hogy ezek a megjelenések ugyanannak az üstökösnek az újbóli megjelenései. E felfedezés eredményeként az üstökös Halley nevét viseli.
A belső Naprendszerben tett 1986-os látogatása során a Halley-üstökös volt az első üstökös, amelyet űrhajók részletesen megfigyeltek, és az első megfigyelési adatokat szolgáltatta az üstökösmag szerkezetéről, valamint a kóma és a csóva kialakulásának mechanizmusáról. Ezek a megfigyelések számos régóta fennálló hipotézist támasztottak alá az üstökö felépítésével kapcsolatban, különösen Fred Whipple „piszkos hógolyó” modelljét, amely helyesen jósolta meg, hogy a Halley illékony jégkövek keverékéből áll majd, mint például víz, szén-dioxid, ammónia és por. A missziók olyan adatokat is szolgáltattak, amelyek lényegesen megreformálták és újrakonfigurálták ezeket az elképzeléseket; például ma már érthető, hogy a Halley felszíne nagyrészt poros, nem illékony anyagokból áll, és csak egy kis része jeges.
Felfedezése és pályájának kiszámítása
A Halley volt az első üstökös, amelyet periodikusnak ismertek el. A reneszánszig az üstökösök természetével kapcsolatos filozófiai konszenzus, amelyet Arisztotelész hirdetett, az volt, hogy ezek a Föld légkörének zavarai. Ezt az elképzelést 1577-ben megcáfolta Tycho Brahe, aki parallaxis mérésekkel kimutatta, hogy az üstökösöknek a Holdon túl kell lenniük. Sokan még mindig nem voltak meggyőződve arról, hogy üstökösök keringenek a Nap körül, és ehelyett azt feltételezték, hogy egyenes utakat kell követniük a Naprendszeren keresztül.
1687-ben Sir Isaac Newton kiadta Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica című művét, amelyben felvázolta a gravitáció és a mozgás törvényeit. Az üstökösökkel kapcsolatos munkája határozottan hiányos volt.
Newton barátja, szerkesztője és kiadója, Edmond Halley volt az, aki 1705-ös Összefoglaló az üstökösök csillagászatáról című művében Newton új törvényei alapján számította ki a Jupiter és a Szaturnusz gravitációs hatását az üstökösök pályájára. Miután összeállította a 24 üstökös megfigyelésből álló listát, kiszámította, hogy az 1682-ben megjelent második üstökös pályaelemei közel azonosak az 1531-ben (Petrus Apianus megfigyelése) és 1607-ben (Johannes Kepler által megfigyelt) megjelent két üstökösével. Halley így arra a következtetésre jutott, hogy mindhárom üstökös valójában ugyanaz az objektum, amely körülbelül 76 évente visszatér és azóta 74 és 79 év között változik. Miután hozzávetőlegesen megbecsülte az üstökös által a bolygók gravitációs vonzásából eredő perturbációkat, 1758-ra jósolta a visszatérését. Míg 1682 szeptemberében személyesen figyelte meg az üstököst a perihélium (napközelpont) körül, Halley 1742-ben halt meg, mielőtt megfigyelhette volna az előre jelzett visszatérését.
Halley jóslata az üstökös visszatérésére igaznak bizonyult, bár Johann Georg Palitzsch német földműves és amatőrcsillagász csak 1758. december 25-én látta. 1759. március 13-án ment át perihéliumán, a Jupiter és a Szaturnusz vonzása 618 napos lassulást okozott. Ezt a hatást a visszatérés előtt (egy hónapos hibával április 13-ig) számította ki három francia matematikus, Alexis Clairaut, Joseph Lalande és Nicole-Reine Lepaute. Az üstökös visszatérésének megerősítése volt az első alkalom, hogy a bolygókon kívül bármi más is kering a Nap körül. Ez volt a newtoni fizika egyik legkorábbi sikeres tesztje is, és egyértelműen demonstrálta magyarázó erejét. Az üstököst először Halley tiszteletére Nicolas-Louis de Lacaille francia csillagász nevezte el 1759-ben.
Egyes tudósok azt állították, hogy az első századi mezopotámiai csillagászok már felismerték a Halley-üstökös periodikus voltát. Ez az elmélet megjegyzi a babiloni Talmud egyik szakaszát, amely „hetven évenként egyszer feltűnő csillagra utal, amely a hajók kapitányait tévedésre készteti”.
Pálya és eredet
Halley keringési ideje 74 és 79 év között változott i.e. 240 óta. Nap körüli pályája erősen elliptikus, pályaexcentricitása 0,967 (a 0 egy kör, az 1 pedig egy parabola pálya). A perihélium, az üstökös pályájának a Naphoz legközelebb eső pontja 0,59 au (88 millió km). Ez a Merkúr és a Vénusz pályája között van. Aphelionja, vagyis a Naptól való legtávolabbi távolsága 35 au (5,2 milliárd km) (nagyjából a Plútó távolsága). A Naprendszer egyik objektumától szokatlan, hogy Halley pályája retrográd; a bolygókkal ellentétes irányban, vagy az óramutató járásával megegyező irányban kering a Nap körül a Nap északi pólusa felett. A pálya 18°-kal hajlik az ekliptikához, és nagy része az ekliptikától délre fekszik. (Mivel retrográd, a valódi dőlésszöge 162°.) A retrográd pályának köszönhetően a Földhöz viszonyított sebessége az egyik legnagyobb a Naprendszerben található objektumok közül. Az 1910-es áthaladás relatív sebessége 70,56 km/s. Mivel pályája két helyen is közel esik a Földéhez, a Halley két meteorrajhoz kötődik: az Eta Aquariidákhoz május elején és az Orionidákhoz október végén. A Halley az Orionidák szülőteste, míg a Halley 1986-os megjelenése körül végzett megfigyelések azt sugallták, hogy az üstökös az Eta Aquariidákat is megzavarhatja, bár lehet, hogy nem ő a szülője a zápornak.
A Halley periodikus vagy rövid periódusú üstökösnek minősül; amelyik pályája legfeljebb 200 évig tart. Ez szembeállítja a hosszú periódusú üstökösökkel, amelyek pályája több ezer évig tart. A periódusos üstökösök átlagos dőlése az ekliptikához képest mindössze tíz fok, keringési periódusa pedig mindössze 6,5 év, tehát a Halley pályája atipikus. A legtöbb rövid periódusú üstököst (azokat, amelyek keringési periódusa 20 évnél rövidebb, és hajlásszögük 20-30 fok vagy kisebb) Jupiter-család üstököseinek nevezik. A Halley-re emlékeztető üstökösöket, amelyek keringési ideje 20 és 200 év között van, és dőlésszögük nullától több mint 90 fokig terjed, Halley-típusú üstökösöknek nevezik. 2015-ig mindössze 75 Halley-típusú üstököst figyeltek meg, szemben a Jupiter-családba tartozó 511 azonosított üstökössel.
A Halley-típusú üstökösök keringési pályái arra utalnak, hogy eredetileg hosszú periódusú üstökösökről van szó, amelyek pályáját az óriásbolygók gravitációja megzavarta.
A Halley valószínűleg 16 000–200 000 éve kering jelenlegi pályáján, bár pályáját nem lehet néhány tíz jelenésnél tovább numerikusan integrálni, és az i.sz. 837 előtti közeli megközelítések csak rögzített megfigyelések alapján igazolhatók.
1989-ben Borisz Csirikov és Vitold Vecseslavov 46 Halley-üstökös-jelenést elemeztek történelmi feljegyzésekből és számítógépes szimulációkból. Ezek a tanulmányok kimutatták, hogy dinamikája kaotikus és hosszú időn keresztül kiszámíthatatlan. Halley várható élettartama akár 10 millió év is lehet. Ezek a tanulmányok azt is kimutatták, hogy a Halley-üstökös dinamikájának számos fizikai tulajdonsága megközelítőleg leírható egy egyszerű szimplektikus térképpel, amelyet Kepler-térképként ismernek. Az újabb munkák azt sugallják, hogy a Halley a következő néhány tízezer éven belül elpárolog, vagy kettészakad, vagy néhány százezer éven belül kilökődik a Naprendszerből. D. W. Hughes megfigyelései arra utalnak, hogy a Halley-mag tömege 80-90%-kal csökkent az elmúlt 2000-3000 fordulat során.
Szerkezet és összetétel
A Giotto és a Vega küldetések révén a bolygókutatók először láthatták a Halley felszínét és szerkezetét. Mint minden üstökös, ahogy Halley közeledik a Naphoz, illékony vegyületei (azok alacsony forráspontúak, mint a víz, a szén-monoxid, a szén-dioxid és más jég) kezdenek szublimálódni a mag felszínéről. Emiatt az üstökös akár 100 000 km átmérőjű kómát vagy légkört alakít ki. Ennek a piszkos jégnek a párolgása során porszemcsék szabadulnak fel, amelyek a gázzal együtt távoznak a magból. A kómában lévő gázmolekulák elnyelik a napfényt, majd különböző hullámhosszakon újra kisugározzák, ezt a jelenséget fluoreszcenciának nevezik, míg a porrészecskék szétszórják a napfényt. Mindkét folyamat felelős a kóma láthatóvá tételéért. Mivel a kómában lévő gázmolekulák egy részét a nap ultraibolya sugárzása ionizálja, a napszél nyomása, a Nap által kibocsátott töltött részecskék árama kihúzza a kóma ionjait egy hosszú csóvába, amely kinyúlhat több mint 100 millió kilométerre az űrbe. A napszél áramlásának változása szétkapcsoló eseményeket okozhat, amelyek során a csóva teljesen leválik a magról.
Kómája hatalmas mérete ellenére a Halley magja viszonylag kicsi: alig 15 kilométer hosszú, 8 kilométer széles és talán 8 kilométer vastag. Alakja homályosan hasonlít a földimogyoró héjára. Tömege viszonylag alacsony, átlagos sűrűsége pedig körülbelül 0,6 g/cm3. Bár a Halley felszínének csak 25%-át fényképezték le részletesen az átrepülő küldetések során, a képek rendkívül változatos domborzatot mutattak ki, dombokkal, hegyekkel, gerincekkel, mélyedésekkel és legalább egy kráterrel.
A Halley a legaktívabb az összes periodikus üstökös közül. Nappali oldala (a Nap felé néző oldal) sokkal aktívabb, mint az éjszakai oldal. Az űrhajók megfigyelései azt mutatták, hogy az atommagból kibocsátott gázok 80%-a vízgőz, 17%-a szén-monoxid és 3-4%-a szén-dioxid volt, nyomokban szénhidrogénekkel, bár az újabb források 10%-os szén-monoxid értéket adnak, valamint nyomokban metánt és ammóniát is tartalmaznak.
Történelmi érdekesség
A Halley-üstökös első biztos megjelenése a történelmi feljegyzésekben egy Kr.e. 240-ből származó leírás, a Records of the Grand Historian vagy Shiji kínai krónikájában, amely egy üstököst ír le, amely keleten jelent meg és észak felé mozdult el. Az i.e. 164-es jelenés egyetlen fennmaradt feljegyzése két töredékes babiloni táblán található, amelyek jelenleg a British Museum tulajdonában vannak.
1456-ban, Halley megjelenésének évében az Oszmán Birodalom megtámadta a Magyar Királyságot, amely Nándorfehérvár ostromával tetőzött ugyanezen év júliusában. III. Callixtus pápa egy pápai bullában elrendelte, hogy a város védelméért különleges imákat mondjanak el. 1470-ben Bartolomeo Platina humanista tudós a Pápák élete című művében azt írta, hogy
„Egy szőrös és tüzes csillag néhány napig megjelent, és a matematikusok kijelentették, hogy súlyos pestis, ínség és valami nagy csapás fog következni. Calixtus, hogy elhárítsa Isten haragját, könyörgéseket rendelt el, hogy ha az emberi fajra gonoszság közeledik, mindent a törökökre, a keresztény név ellenségeire fordítson. Ugyanígy elrendelte, hogy folytonos könyörgéssel indítsuk Istent, hogy a harangokon jelezzék, hogy délben hívják a híveket, hogy imáikkal segítsék a törökkel harcolókat.”
