Liebe Kometenfreunde,
ich habe mir schon bei meinen Analysen zu C/2019 Y4 die Frage gestellt, was physikalisch in einem Kometen vorgehen muss, damit sich die Helligkeit mit der 15. Potenz (!) des Sonnenabstandes ändert.
Zuerst einmal eine Begründung, für die normalen Werte von n=4 für dynamisch junge und n=6 für dynamisch alte Kometen:
Das Bild stellt drei Sonnenabstände dar, z.B. 1 AE, 0,5 AE und 0,33 AE. Die Sonne ird größer bei Annäherung, und zwar quadratisch: Das mittlere Bild erhält 4x so viel Energie, das recht 9x. Diese Strahlung wird reflektiert und sorgt für eine quadratische Erhöhung der Helligkeit. Ich habe das durch die wieder zurücklaufenden gelben Lichtstrahlen angedeutet.
Außerdem bedeutet mehr Energieeintrag auch mehr Gasentwicklung. Ich gehe hier generell vom Prinzip Wirkung proportional Ursache aus. Das bedeutet, dass im mittleren Bild die vierfache und rechts die neunfache Gasentwicklung im Vergleich zu links (1 AE) erfolgt. Das sind die kleinen blauen Perlen. Da jedes dieser Gaskompartimente dann auch eine erhöhte Menge Licht reflektiert (oder besser bei Gas, emittiert), steigt die Helligkeit mit der 4. Potenz des Sonnenabstandes, n=4. Das ist der Wert, der für dynamisch neue Kometen erst einmal angenommen wird, bis genaue Werte berechnet werden können.
Für dynamisch alte Kometen kommt ein weiterer Prozess hinzu, der auch vom Energieeintrag abhängt und damit quadratisch verläuft: Nämlich die Freilegung von Aktivitätsgebieten. In der Mitte gibt es also im Vergleich zu rechts vier Mal so viele Aktivitätsgebiete, jedes davon verdampft vier Mal so viel Gas und jedes Gaskompartiment emittiert vier Mal so viel Licht, n=6.
Wie kommen wir nun aber auf n im Bereich von 15, wie es bei ATLAS im Februar bis Mitte März war?
Hierzu benötigen wir ja 4 bis 5 von dem bisher diskutierten unabhängige Prozesse zur Gasproduktion. Ich habe eine Antwort gefunden in einem Vorgang, den ich fraktale Rissbildung nenne möchte. In diesem Beispiel habe ich nur zwei Sonnenabstände gezeichnet, nämlich einen Ausgangszustand und dann die halbe Sonnenentfernung mit dem vierfachen Energieeintrag. Also das Pendant zum linken und das mittleren Bild von oben.
Ein Aktivitätsgebiet hat eine Größe von vielleicht einigen Dutzend Metern. Es ist möglich, dass sich bei einer lockeren Struktur des Kometen hier Risse von einigen Metern Durchmesser bilden. In meinem Beispiel sollen diese Risse erster Ordnung (die nach unten verlaufenden) die Oberfläche des Aktivitätsgebietes verdoppeln, in der Zeichnung geht das mehr oder weniger auf.
Eine vier Mal so hohe Energie-Einstrahlung fürhrt nun wieder nach meinem Prinzip Wirkung = Ursache zu vier Mal so viele Risse erster Ordnung.
Von diesen Rissen aus können sich weitere Risse bilden, bei mir quer. Auch diese sollen die aktive Oberfläche im linken Bild wieder verdoppeln, das kommt in der Zeichnung auch wieder ungefähr hin.
Bei vierfachem Energieeintrag können sich nun auch vier Mal so viele Risse zweiter Ordnung bilden. Zur ursprüngliche Oberfläche eines Aktivitätsgebietes kommt links das Doppelte der Fläche hinzu. Rechts wird sie aber 4+ 4*4 =20 Mal größer, damit erhalten wir eine Erhöhung von n um mehr als vier.
Risse erster Ordnung sind im Meterbereich. Wenn die Risse zweiter Ordnung im Dezimeterbereich sind, dann können dort wieder Risse im Zentimeterbereich und davon wieder welche im Millimeterbereich abgehen. Das würde einen Erhöhung von n um etwa 8 bedeuten. Damit sind wir in der Nähe davon, wo wir hinwollen.
Freilich wird davon der Kometen völlig von Rissen durchsetzt und wird schließlich zerfallen. Und das ist es ja genau, was wir erlebt haben.
Nun kann man vielleicht glauben, für solche Mengen Risse sei kein Platz in einem kompakten Körper. Es geht aber. Ein Beispiel sind die Säugetierlungen, also unsere auch. Die dünnen Bronchienzweige haben stets mehr Querschnittsfläche als die größeren, je kleiner die Bronchiolen, desto mehr Gesamtfläche. Ähnliches gilt für das Blutsystem und die Adern und Kleingefäße bis hin zu den Diffusionsgebieten. Es gibt in der Natur also solche Erscheinungen, wo schließlich das ganze Volumen von "Löchern" durchsetzt ist. Und fraktal ist hierfür der richtige Begriff.
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