La misión.
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El próximo 4 de Julio, tras seis meses de viaje, la misión Deep Impact
alcanzará su objetivo, el cometa Tempel 1.
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Los cometas son una pieza clave para entender como se formó nuestro sistema solar.
Al originarse en las regiones más externas y frías de este, y siempre que hayan
tenido una evolución física y química muy lenta, pueden contener en su
interior parte del material primigenio a partir del cual se formó
el sistema solar y por tanto ofrecernos una valiosa información sobre su
origen y formación.
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Comets. A) Comet Halley in Milky Way, February 1986; B) Comet Halley, February 1986; C) Comet West, March 1976; D) Comet Kohoutek, June 1973; E) Comet Ikeya-Seki, November 1965; F) Comet West, computer enhanced; G) Comet LINEAR, July 2000; H) Comet Hale-Bopp, March 1997.
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La misión Deep Impact pretende conocer más sobre el interior de los cometas
y responder a muchas de las cuestiones abiertas sobre estos fascinantes astros.
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Si quieres saber más cosas sobre los cometas pincha aquí
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La ciencia.
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A pesar de la gran cantidad de datos observacionales y de modelos teóricos,
es aún mucho lo que desconocemos sobre los cometas. Por este motivo,
el principal objetivo de la misión Deep Impact es intentar responder a
muchas de las cuestiones abiertas que hay sobre estos objetos del Sistema Solar.
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 Cometas en libro Mawangdui, sobre el año 300 antes de Cristo
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Entre los puntos que la misión intentará esclarecer podemos destacar
los siguientes:
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Los cometas están compuestos del material más primitivo del Sistema Solar.
Sabemos que los impactos cometarios jugaron un papel muy importante en los primeros estadios
de la evolución de la Tierra, y algunas teorías mantienen que fueron los causantes de
traer el agua y diferentes moléculas orgánicas a la Tierra.
Pero apenas se conoce que oculta el interior del núcleo de un cometa y
sobre todo a que profundidad de éste se encuentra el material primigenio, si es que existe.
La misión pretende conocer cómo es la estructura interna del núcleo cometario,
por este motivo es necesario "impactar" contra el cometa, al contrario que otras misiones,
como Rosetta, diseñadas para "aterrizar" y estudiar su superficie.
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 a) Halley b) Borrelly c) Wild 2 d) Tempel 1
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Con el tiempo, un cometa puede hacerse menos activo, o incluso inactivo por completo.
No conocemos si el motivo de esta inactividad es debido a que el hielo se agota totalmente
en su interior o si aún está todavía presente pero por alguna razón no puede "escapar"
al exterior. El impacto y la observación del cráter intentará responder a estas cuestiones.
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La imagen muestra el progresivo desarrollo del cráter tras el impacto y como los escombros resultantes
van disponiéndose alrededor del cráter. El ángulo con el que se depositan dichos escombros depende
fuertemente de la densidad superficial del núcleo.
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La misión nos dará a conocer más detalles sobre la composición química y física
de estos cuerpos lo que nos permitirá mejorar sustancialmente los modelos teóricos actuales
sobre la estructura y el comportamiento de los cometas.
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Gracias a la Deep Impact conoceremos mejor la relación entre las abundancias químicas de la coma
y el núcleo.
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 Núcleo, coma y colas del Hale Boop
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Por último, es conocido que los cometas se fragmentan frecuentemente. El impacto y la consecuente formación
del cráter nos permitirá conocer como varía la resistencia del material cometario con la profundidad
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El cometa.
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El cometa Tempel 1 fue descubierto el 3 de Abril de 1867 por Ernest Tempel,
astrónomo del Observatorio de Marsella en Francia, mientras realizaba una búsqueda
visual de cometas.
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 Ernst Tempel
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El cometa realiza una órbita completa alrededor del Sol cada 5.5 años, con un
punto máximo de acercamiento a la Tierra de 0.560 UA(*) y de 1.562 UA al Sol.
La excentricidad -una medida de lo elíptica que es la órbita- es de 0.5 aunque
estos valores han cambiado respecto al pasado y cambiarán en el futuro debido a
la influencia de Júpiter, ya que su órbita vive entre la de este planeta
y la de Marte.
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 Órbita del cometa Tempel 1 respecto a otras órbitas. Credit: Kay Gibson, Ball Aerospace & Technologies Corp. |
Image by Dr. Farnham and M. Knight (University of Maryland).
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Aunque hay pocos datos observacionales se piensa que el núcleo del cometa Tempel 1
es ligeramente elongado y de aproximadamente 6Km de diámetro.
Además el estudio
de las variaciones en su brillo indican que éste gira sobre si mismo mucho más
lentamente que la Tierra lo que permitirá que el cráter provocado por el impacto sea visible
por la Deep Impact.
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El Tempel 1 se trata de un cometa con una producción de gas relativamente baja,
lo cual disminuye el riesgo de daño de los instrumentos debido a posible impactos de granos de polvo.
(*) 1 UA = 149 597 870 km
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El impacto.
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La masa del impactador es de unos 370 Kg e impactará contra el cometa a una velocidad
de 10.2Km/seg. Esto significa que la energía del impacto será de unos 19 gigajulios
o lo que es lo mismo la explosión de 4.8 toneladas de TNT o la cantidad de energía
que un hogar (americano) gasta en promedio durante un mes.
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El impacto provocara dos efectos. Por un lado, la expulsión de una "cortina"
de material cometario formado principalmente por vapor caliente, y escombros de hielo y polvo.
Por otro lado, la colisión generará, en pocos minutos, un cráter en el núcleo
cometario de un tamaño que variará entre el de una casa o como máximo al de un
campo de fútbol y que podrá alcanzar entre dos y catorce pisos de profundidad.
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 Recreación artística del imapacto.
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La formación del cráter revelará, en el mejor de los casos, como es la estructura y propiedades
de la superficie del núcleo.
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Para ver con más detalle de la formación del cráter pincha aquí.
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En cualquier caso la energía implicada en el impacto no supondrá un desvío
apreciable de la órbita del cometa en torno al Sol.
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La tecnología.
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Básicamente la Deep Impact consta de dos partes. Por un lado, la nave matriz, de mayor tamaño
("flyby") que es la encargada de transportar una nave más pequeña, "la impactadora",
que será finalmente la que acabe chocando con el cometa. Además consta de dos instrumentos
principales cuya misión es la de recoger imágenes antes, durante y tras el impacto y de enviarlos
a la Tierra. Veamos cada uno de estos componentes más detenidamente.
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La nave matriz
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El objetivo principal de la nave matriz es llevar el impactador y
los instrumentos principales hasta las proximidades del cometa Tempel 1, y de registrar el momento del impacto y enviar los datos a la Tierra.
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 Recreación artística de la expulsion del impactador desde la nave matriz.
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Una vez expulsado el impactador, la nave matriz será dirigida desde la Tierra hasta
alinearse con el cometa y acercarse a su núcleo hasta unos 500Km para grabar con los
instrumentos principales el impacto, la posterior eyección de materia y la formación y
desarrollo del cráter, así como la estructura y componentes de su interior.
Todos los datos serán enviados a la base en la Tierra. Tras esto la nave volverá a girar para tomar
imágenes y datos desde la otra cara del núcleo cometario.
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La matriz emplea una antena de radio con banda-X para comunicarse con la tierra y,
mediante otra frecuencia, con la impactadora.
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La nave matriz tiene unas dimensiones de aproximadamente 3.2m x 1.7m x 2.3m y unos 650Kg de peso.
Utiliza un panel solar y una pequeña batería de NiH2 como fuente de alimentación y
como método de propulsión utiliza un sistema de expulsión de hidrógeno, capaz de generar
una velocidad punta de 190m/seg. Además está recubierta de un escudo que la protegerá
del impacto de pequeñas partículas cuando tenga que atravesar la coma del cometa.
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 Diseño de la nave matriz.
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El impactador
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Su misión es la de impactar con el cometa y generar un cráter de más de 20 metros
de profundidad. Con este objetivo el impactador se separará de la nave matriz 24 horas antes de la colisión.
Viajará a una velocidad de 10 km/s y deberá golpear en una área más pequeña que 6Km de
diámetro en el núcleo del cometa, situado a una distancia de 864 km.
Para ello utilizará un sistema de guiado de alta precisión programado con una serie de algoritmos
de auto-navegación. Es el llamado ITS (Impactor Target Sensor) que corrige la dirección del impactador
respecto el cometa midiendo la posición relativa de éste respecto el fondo de estrellas fijas,
con una precisión mejor que 1 microradian. Una pequeña batería asegura 24 horas de autonomía del
impactador una vez expulsada de la nave matriz.
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 Simulación numérica del impacto.
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 Imagen del impactador. |
Los instrumentos
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Dos son los instrumentos principales a bordo de la Deep Impact.
Son el HRI y el MRI y sus misiones son tomar imágenes y espectroscopía infraroja antes,
durante y después del impacto, así como el envío de todos los datos a la Tierra.
Además realizan tareas de navegación óptica tanto de la nave matriz como del impactador.
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 Instrumental a bordo de la Deep Impact.
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El HRI es la cámara principal de la misión y proveerá de imágenes de alta resolución
mediante la combinación de una cámara visible, un espectrómetro infrarojo, y un módulo de imagen
espacial. El HRI está ópticamente diseñado para observar el núcleo del cometa, con un
campo de 0.118 grados, que viene a ser 1/15 el diámetro de la Luna desde la Tierra.
El HRI tiene una resolución máxima de aproximadamente 2 metros/pixel.
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 Simulación de la imagen del cráter tomada por el HRI a 700Km de distancia. |
El MRI tomara imágenes completas del cometa con un campo de 0.587 grados, o lo que es lo mismo,
aproximadamente el diámetro de la Luna visto desde la tierra y actuará como respaldo del HRI.
Es el instrumento adecuado para la navegación durante los 10 minutos antes del impacto, ya que
al tener un campo de visión mayor permite observar el cometa respecto a las estrellas fijas.
Los instrumentos han sido construidos por la Ball Aerospace & Technologies Corp.
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Los datos.
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Dos son los instrumentos principales a bordo de la Deep Impact.
Son el HRI y el MRI y sus misiones son tomar imágenes y espectroscopía infraroja antes,
durante y después del impacto, así como el envío de todos los datos a la Tierra.
Además realizan tareas de navegación óptica tanto de la nave matriz como del impactador.
Durante todo el transcurso de la misión se realizarán observaciones continuadas desde
Tierra que serán especialmente importantes durante y después del impacto para complementar
los datos obtenidos desde la nave.
Estas observaciones serán realizadas tanto por grandes telescopios profesionales,
incluido el telescopio espacial Hubble, como por pequeños telescopios con un tiempo de
observación mucho más asequible y por tanto con la ventaja de poder observar el cometa de una
manera más continuada tanto antes, durante y después del impacto.
Este conjunto de telescopios repartidos en todo el globo y en general perteneciente a
asociaciones amateurs se han coordinado en una red llamada STSP y que permitirá entre
otras cosas medir con bastante precisión el periodo de rotación del cometa.
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El equipo.
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La misión Deep Impact es una sociedad entre la Universidad de Maryland (UMD),
el laboratorio Jet Propulsion (JPL, siglas en inglés) del Instituto de Tecnología
de California y la empresa Ball Aerospace and Technology Corp. La dirección científica
de la misión reside en UMD, y los ingenieros de Ball Aerospace diseñan y construyen
las naves bajo la supervisión de JPL, compañía que se encarga también de controlar
las naves después de su lanzamiento y de enviar datos para ser analizados por
los científicos de UMD.
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 Logo de la misión Deep Impact
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El equipo al completo consta de más de 250 ingenieros, encargados, científicos y docentes.
Deep Impact forma parte del programa Discovery Mission de la NASA, la octava misión de una serie
de investigaciones espaciales a bajo costo y con objetivos muy específicos.
Deep Impact ofrece además un programa de servicio a la comunidad en colaboración con otras
misiones e instituciones, con el fin de servir a los sectores educativo y científico,
y al público en general.
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Otros telescopios.
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Numerosos telescopios en tierra y satélites ciéntificos están apoyando la misión Deep Impact mediante un seguimiento minucioso del cometa Tempel 1. El equipo de Deep Impact
utiliza esta información adicional para completar los datos aportados por la propia sonda.
Estos son algunos ejemplos:
- Observatorios de Sierra Nevada y Calar Alto..
Personal del Instituto de Astrofísica de Andalucía
(Dra. Luisa Lara et al.)
participa activamente en el seguimiento y estudio del cometa.
Aquí encontrarán más información.
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Spitzer y el telescopio espacial Hubble (NASA). Ambos telescopios jugaron un papel
crucial durante la definición de la misión Deep Impact. Para aumentar la probabilidad
de impacto con el cometa, era primero necesario conocer
la forma y
tamaño reales del núcleo, así como su reflectividad.
Los expertos lograron esto combinando la información
en luz infraroja (Spitzer) y visible (Hubble).
Ambos telescopios observarán el cometa antes,
durante y después del impacto. Mediante observaciones espectroscópicas
y de imagen, buscarán por ejemplo rastros de material del interior
del núcleo, mediante el estudio de posibles cambios en la composición química
de la coma.
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Satélites de rayos X XMM-Newton (ESA) y Chandra (NASA).
Se cree que los rayos X se producen por interacción entre iones del viento solar
y átomos o moléculas neutras de la coma del cometa.
La eyección de grandes cantidades de material (gas y polvo) tras el impacto, podría
dar lugar a estallidos de rayos-X, que serán estudiados por estos dos satélites de rayos X.
-
Rosetta (ESA). El objetivo de esta misión será posarse en el
cometa Churyumov-Gerasimenk dentro de unos diez años. En su camino será también
testigo del encuentro Tempel 1-Deep Impact. De hecho, Rosetta estará en la posición más privilegiada para
observarlo. Podrá hacer un seguimiento continuo del cometa
durante un largo periodo de tiempo. Además, sus instrumentos son de gran sensibilidad.
- Telescopios desde tierra. Es esencial contar con un conjunto lo más
completo posible de observaciones
antes del encuentro Tempel 1- Deep Impact para poder distinguir los efectos del impacto. Más de 25 telescopios distribuidos por todo el mundo están participando desde hace meses en el seguimiento del cometa. Tan pronto como
Tempel 1 sea visible tras el impacto, muchos de
estos telescopios estarán apuntando en su dirección. Aunque se espera que la sonda Deep Impact envíe imágenes
espectaculares en tiempo real, la sensibilidad de los instrumentos es limitada y las observaciones
desde tierra aportarán valiosa información adicional.
En
esta página
pueden encontrar imágenes del cometa Tempel 1
tomadas por telescopios profesionales en tierra en diferentes longitudes de onda.
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Los atrónomos aficionados.
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Las observaciones realizadas por astronónomos aficionados están
aportando valiosa información para la misión
Deep Impact. El tiempo de observación disponible en telescopios profesionales en muy limitado. Este no es el caso para observadores que tienen acceso a pequeños
telescopios. Por ello pueden hacer el seguimiento del cometa durante días, semanas, e incluso meses, 'rellenando'
los espacios temporales en los cuales los telescopios profesionales no
pueden observarlo. La observación
continuada del cometa Tempel 1 es importante para, entre otras cosas,
saber qué cambios observados después del impacto son debidos
al mismo.
A menudo los telescopios
pequeños están equipados con cámaras CCD de gran
campo y filtros de banda ancha. Esto permite realizar observaciones
del tipo que se describe a continuación:
Rasgos morfológicos en la coma y la cola.
La actividad del cometa puede producir chorros y abanicos
de gas en la coma. La cola de polvo y la cola de iones pueden mostrar también rasgos
característicos, que pueden mostrar cambios temporales debido a la interacción
con el viento solar. Estos rasgos a menudo se extienden miles de kilómetros.
Técnica. Imagen en banda ancha (V,R,I). Los
pequeños telescopios están equipados a menudo con cámaras CCD con
una escala de 1 segundo de arco por pixel, lo que permite resolver rasgos en la coma y
las colas mayores de 1000 km.
En la figura se muestran dibujos realizados en Abril de 1983
del cometa Tempel 1 por Jean-Claude Merlin (Francia), que utilizó
un reflector de 26cm, meses antes del perihelio el 9 de Julio.http://deepimpact.jpl.nasa.gov/gallery/images-amateur.html
Pueden encontrar imágenes del Tempel 1 tomadas por astronónomos aficionados aquí
Cambios en el brillo de la coma de polvo.
El ritmo de producción de polvo cambia a medida que el
cometa se va aproximando al Sol. En el máximo (cuando el cometa
está más cerca del Sol) puede ser 10 veces
más intensa que durante los meses anteriores y posteriores.
Tras el impacto, es de esperar que grandes cantidades de polvo
y gas sean expulsadas del el cometa Tempel 1.
Técnica. Fotometría e imagen en banda ancha (R,I).
El interés de observar en R e I
para este tipo de estudio se debe a que
la luz solar dispersada por el polvo tiene una contribución dominante
en estas bandas
(la emisión del gas es despreciable en comparación).
Fotometría CCD en la banda R del cometa Tempel 1 (apertura constante de 10
segundos de arco) obtenida por miembros del grupo Observadores de cometas.
Estallidos en la coma,
Se espera que el área de actividad que se forme en el núcleo
de Tempel 1 tras el impacto de lugar a estallidos y eyecciones de gas y
polvo. Es importante saber con qué frecuencia se produce este
tipo de actividad y las características antes del encuentro
con Deep Impact, para poder comparar con lo que suceda
después y saber qué es debido al impacto.
Muchos astrónomos aficionados están haciendo un seguimiento
del cometa desde Noviembre del 2004 para realizar este estudio.
Técnica. Imagen en banda ancha (V,R,I) y sin filtro de la coma.
Las observaciones deben realizarse cada 5-7 días y durante varios meses,
pues los estallidos se producen de forma esporádica y normalmente
duran sólo unos días.
Cambios en la composición de la coma.
Este será uno de los aspectos a estudiar más fascinantes
tras el impacto, pues esperamos que el cometa nos muestre los elementos
químicos que forman su núcleoc. Esto aportará valiosa
información sobre la composición quí mica del material a partir del cuá l se
formó el Sistema Solar, objetivo fundamental de la misión Deep Impact.
Técnica. Espectroscopía. El espectro de la
coma mostrará le emisión de los diferentes elementos quí micos
que la forman.
Como ejemplo, mostramos en la figura el espectro del cometa Hale-Bopp obtenido por los
dos atrónomos aficionados Nick Glumac and Joseph Sivo en Nueva York
el 4 de Abril de 1997 con un telescopio Meade LX-200 de 36 cm de apertura
y un espectrómetro de fibras ópticas
Ocean Optics S200. El espectro nos muestra algunos de los
elementos químicos que forman la coma del cometa.
Enlaces interesantes:
Gran parte de la información incluida en esta sección
ha sido extraída de la página WEB del
STSP (Small Telescope Science Program).
Observadores de cometas.
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Participación del IAA.
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Personal de nuestro centro (Dra. Luisa Lara et al.)
participa activamente en el estudio y seguimiento del cometa Tempel 1 para lo cual
están utilizando los telescopios de Sierra Nevada
y Calar Alto desde Enero/2005. El objetivo principal es caracterizar antes y después
del impacto el cociente polvo/gas, la abundancia relativa de los distintos elementos
químicos en el gas, la fase de rotación y la distribución
de las áreas activas del núcleo. Un seguimiento tan detallado del cometa
es el único modo de contar con
una referencia firme para evaluar qué cambios en la actividad nuclear posteriores al
impacto son debidos a éste.
En
esta página
pueden encontrar información sobre esta campaña de seguimiento.
A continuación se muestran dos imágenes del cometa Tempel 1 tomadas por nuestros colegas
el 9 de Marzo (izquierda) y el 11 de Mayo (derecha) del 2005 con el telescopio de 2.2m de
Calar Alto.
Más información sobre el seguimiento
del cometa Tempel 1 por otros telescopios y satélites
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Enlaces de interés.
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