C/1999 S4 (LINEAR) war ein Komet, von dem erwartet wurde, dass er im Juli 2000 mit bloßem Auge beobachtet werden könnte. Bei seiner Annäherung an die Sonne begann er jedoch, sich aufzulösen und zerfiel schließlich vollständig, so dass er letztendlich nur mit optischen Hilfsmitteln beobachtet werden konnte.
Entdeckung und Beobachtung Am 27. September 1999 wurde im Rahmen des Projekts LINEAR in New Mexico mit einem 1-m-Teleskop ein sich ungewöhnlich bewegendes Objekt entdeckt. Weitere Aufnahmen an den nächsten Tagen und an verschiedenen Observatorien bestätigten, dass es sich um einen Kometen handelte. Seine Helligkeit lag bei etwa 17 mag und er war noch etwa 4,3 AE von der Sonne und 4,0 AE von der Erde entfernt.
Erste Bahnberechnungen durch Brian Marsden gaben Anlass zur Annahme, dass der Komet im Juli 2000 eine Helligkeit bis zu 4 mag erreichen und er somit ein Objekt für das bloße Auge werden könnte. Während der folgenden Monate wurde der Komet langsam heller, gegen Ende des Jahres hatte die Helligkeit etwa 14 mag erreicht und Anfang März 2000 lag sie bei 13,5 mag.
Ende März konnte der Komet nicht weiter beobachtet werden, weil er für Beobachter auf der Erde zu nahe an der Sonne stand. Erst Anfang Mai wurde er wieder von einem japanischen Beobachter in der Morgendämmerung aufgefunden. Anfang Juni berichteten die meisten Beobachter noch von einer Helligkeit von etwa 10 mag, bis Ende des Monats erreichte sie schon 8,5 mag. Die Vorhersagen für die maximale Helligkeit wurden daraufhin auf einen Wert von 4–6 mag um den 22./23. Juli aktualisiert. Am 22. Juni verlangsamte sich zwar die Helligkeitszunahme, aber ein Helligkeitsausbruch um den 5./6. Juli ließ wieder auf eine maximale Helligkeit von 4–5 mag hoffen. Der Ausbruch dauerte jedoch nur wenige Tage und Mitte Juli mussten die Erwartungen auf eine Helligkeit über 6 mag aufgegeben werden. Das Hubble-Weltraumteleskop hatte vom 5. bis 7. Juli Aufnahmen gemacht, die den Helligkeitsausbruch am 6. und das Erscheinen eines sich vom Kometenkern fortbewegenden Bruchstücks am 7. Juli zeigten.
Am 21. Juli hatte der Komet eine Helligkeit von etwa 6,7 mag erreicht und zeigte einen ½–1° langen Staubschweif. Gegen Ende dieses Tages und am folgenden Tag geschah jedoch etwas Ungewöhnliches, der Komet hellte sich bis auf 6 mag auf und zeigte zusätzlich einen hellen, geraden Gasschweif von 1° Länge. Ein heftiges Ereignis musste den Kometenkern betroffen haben, denn in den folgenden Tagen verschwand der Gasschweif wieder, zugleich wurde die Erscheinung des Kometen immer diffuser, die Koma erschien in die Länge gezogen und die Helligkeit nahm schneller ab als erwartet. Am 2. August war von der Erde nur noch eine neblige Wolke mit einer Helligkeit von 9 mag zu erkennen.
Das Hubble-Weltraumteleskop beobachtete den Kometen wieder am 5. August. Es fand dort, wo der Komet sein sollte, nur noch über ein Dutzend kleine Bruchstücke in einer Wolke von Staub.J. Shanklin: The comets of 1999. In: Journal of the British Astronomical Association. Band 119, Nr. 6, 2009, S. 317–339 . (PDF; 4,08 MB) Am folgenden Tag konnten mit dem Very Large Telescope (VLT) am Paranal-Observatorium in Chile 16 Bruchstücke festgestellt werden. Ihre Größe wurde auf 50–120 m geschätzt. Weitere Aufnahmen mit dem VLT am 7. und 12. August zeigten keine kompakten Bruchstücke mehr, so dass der finale Auflösungsprozess offensichtlich sehr rasch voranschritt. Zwei Wochen nach der letzten Beobachtung der Fragmente konnte noch einmal der übriggebliebene Staubschweif des Kometen beobachtet werden.Z. Sekanina: 1I/ʻOumuamua and the Problem of Survival of Oort Cloud Comets Near the Sun. 2019, S. 1–20, doi:10.48550/arXiv.1903.06300. (PDF; 422 kB)
Wissenschaftliche Auswertung Da der Komet sowohl vor, während und nach seinem Zerfall intensiv beobachtet werden konnte, bot er die Gelegenheit zu einem genauen Studium seines Ursprungs, seines inneren Aufbaus und der Ursachen seines Zerfalls und wurde dadurch für die Forschung zum interessantesten Kometen des Jahres. Bereits vor seiner endgültigen Auflösung vermutete Zdenek Sekanina, dass der Komet ein nachfolgendes Bruchstück eines wesentlich massiveren Kometen war, der sich auf derselben Umlaufbahn bewegte, aber schon längere Zeit (Jahrhunderte?) zuvor sein Perihel erreichte und dabei möglicherweise unbeobachtet blieb, und da nachfolgende Bruchstücke größerer Kometen generell dazu tendieren, plötzlich zu zerfallen.
Beobachtungen des Kometen mit den 2-m-Teleskopen des bulgarischen Nationalen Astronomischen Observatoriums und des Pik Terskol Observatoriums in Russland ermöglichten das Erstellen von Helligkeits- und Farbkarten der Staubwolke des Kometen. Durch den Zerfall des Kometen wurde eine große Menge kleiner Partikel freigesetzt, die die Farbe der Koma ins Blaue verschoben.T. Bonev, K. Jockers, E. Petrova, M. Delva, G. Borisov, A. Ivanova: The Dust in Comet C/1999 S4 (LINEAR) during Its Disintegration: Narrow-Band Images, Color Maps, and Dynamical Models. In: Icarus. Band 160, Nr. 2, 2002, S. 419–436, doi:10.1006/icar.2002.6971. Dasselbe Ergebnis zeigten weitere optische Beobachtungen, die ebenfalls Form- und Farbveränderungen der Koma zwischen dem 28. Juni und dem 1. Juli zeigten, hervorgerufen durch eine große Menge freigesetzter Partikel.R. Schulz, J. A. Stüwe: The Dust Coma of Comet C/1999 S4 (Linear). In: Earth, Moon, and Planets. Band 90, 2002, S. 195–203, doi:10.1023/A:1021545225013. Aus Aufnahmen der Koma des Kometen im sichtbaren und infraroten Bereich kurz vor und nach seinem Zerfall konnte beobachtet werden, wie sich die Staubproduktion in zwei Schritten um den Faktor 11 erhöhte: In einem schwächeren Ausbruch um den 18./19. Juli und in einem stärkeren Ausbruch um den 20./21. Juli.G. P. Tozzia, J. Licandro: Visible and Infrared Images of C/1999 S4 (LINEAR) during the Disruption of Its Nucleus. In: Icarus. Band 157, Nr. 1, 2002, S. 187–192, doi:10.1006/icar.2001.6792.
Aufnahmen mit Teleskopen des Roque-de-los-Muchachos-Observatoriums auf den Kanaren dokumentierten die ersten Tage nach dem Zerfall des Kometen. Im Vergleich mit den Zerfallsvorgängen anderer Kometen zeigte sich insgesamt eine große Spannweite im inneren Aufbau der Kometenkerne, der Komet LINEAR scheint eher einen sehr lockeren und instabilen Aufbau besessen zu haben, der sich auflöste, nachdem der größte Teil des Wassers, das die festeren Teile zusammenhielt, verdampft war.M. R. Kidger: The Breakup of C/1999 S4 (LINEAR), Days 0–10. In: Earth, Moon, and Planets. Bd. 90, 2002, S. 157–165, doi:10.1023/A:1021532922287. Andere Modelle des Zerfallsprozesses gehen von sich ausdehnenden hoch-flüchtigen Gasen aus, die den lockeren Kometenkern zersprengten.N. H. Samarasinha: A Model for the Breakup of Comet LINEAR (C/1999 S4). In: Icarus. Band 154, Nr. 2, 2001, S. 540–544, doi:10.1006/icar.2001.6685. Wiederum andere Untersuchungen stellten fest, dass der Komet zwischen Dezember 1999 und März 2000 die Bahnen von sieben bekannten Asteroiden gekreuzt hatte. Kleinere Trümmerstücke dieser Asteroiden entlang ihrer Umlaufbahnen könnten den Kometen getroffen haben und seinen Zerfall ausgelöst oder zumindest dazu beigetragen haben.I. Toth: Impact-triggered breakup of comet C/1999 S4 (LINEAR): Identification of the closest intersecting orbits of other small bodies with its orbit. In: Astronomy & Astrophysics. Band 368, Nr. 3, 2001, S. L25–L28, doi:10.1051/0004-6361:20010182. (PDF; 102 kB)
Aus einer Analyse photometrischer Messungen und Bildern des Kometen vor und nach seinem Zerfall konnte eine untere Grenze für den Radius des Kometenkerns von 440 m abgeleitet werden. Der Komet war ärmer an Molekülen mit Kohlenstoff-Ketten als andere Kometen und nach dem Zerfall fand sich der größte Teil seiner ursprünglichen Masse in Bruchstücken zwischen 1 mm und 50 m Durchmesser.T. L. Farnham, D. G. Schleicher, L. M. Woodney, P. V. Birch, C. A. Eberhardy, L. Levy: Imaging and Photometry of Comet C/1999 S4 (LINEAR) Before Perihelion and After Breakup. In: Science. Band 292, Nr. 5520, 2001, S. 1348–1353, doi:10.1126/science.1058886. Aus der Lichtkurve des Kometen vor und nach dem Periheldurchgang konnten charakteristische Parameter bestimmt und mit denen anderer Kometen verglichen werden.K. I. Churyumov, V. S. Filonenko, L. S. Chubko: Light curves and photometric parameters of the comets C/1999 S4 (LINEAR), C/2001 Q4 (NEAT), C/2002 T7 (LINEAR), C/2002 V1 (NEAT), C2004 Q2 (Machholz), and 153P/2002 C1 (Ikeya-Zhang). In: Kinematics and Physics of Celestial Bodies. Band 24, 2008, S. 105–111, doi:10.3103/S0884591308020062.
Mit der SWAN-Kamera an Bord des Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) wurde die Wasserstoff-Koma des Kometen zwischen Ende Mai und Mitte August 2000 im Ultravioletten beobachtet. Die Produktionsrate von Wasser und die Größe der sonnenbeschienenen Oberfläche des Kometen (mind. 1 km²) konnte daraus abgeleitet werden.J. T. T. Mäkinen, J.-L. Bertaux, M. R. Combi, E. Quémerais: Water Production of Comet C/1999 S4 (LINEAR) Observed with the SWAN Instrument. In: Science. Band 292, Nr. 5520, 2001, S. 1326–1329, doi:10.1126/science.1060858. Der deutliche Unterschied zu Oberflächenabschätzungen auf anderer Grundlage (nicht-gravitative Beschleunigung) könnte darin begründet liegen, dass der Kometenkern bereits vor dem Zerfallsereignis eine deutlich nicht-sphärische Gestalt (ähnlich einem Pfannkuchen) besaß. Auch spektroskopische Aufnahmen mit dem Near Infra-Red Spektrograph (NIRSPEC) am Keck-Observatorium auf dem Mauna Kea ermöglichten die Ermittlung der Produktionsrate und Kernspin-Temperatur von Wasser.N. Dello Russo, B. P. Bonev, M. A. DiSanti, M. J. Mumma, E. L. Gibb, K. Magee-Sauer, R. J. Barber, J. Tennyson: Water Production Rates, Rotational Temperatures, and Spin Temperatures in Comets C/1999 H1 (Lee), C/1999 S4, and C/2001 A2. In: The Astrophysical Journal. Band 621, Nr. 1, 2005, S. 537–544, doi:10.1086/427473. (PDF; 239 kB) Mit weiteren hochaufgelösten Spektren im Infraroten, die ebenfalls am NIRSPEC, sowie mit dem Cryogenic Near-IR Facility Spectrograph (CSHELL) an der Infrared Telescope Facility (IRTF) auf dem Mauna Kea gewonnen wurden, konnte Methan (CH4) im Kometen nachgewiesen und eine Produktionsrate dargestellt werden.E. L. Gibba, M. J. Mumma, N. Dello Russo, M. A. Di Santi, K. Magee-Sauer: Methane in Oort cloud comets. In: Icarus. Band 165, Nr. 2, 2003, S. 391–406, doi:10.1016/S0019-1035(03)00201-X. Hochaufgelöste Spektren, die im Juni und Juli 2000 am McDonald-Observatorium aufgenommen wurden, zeigten auch die „verbotenen“ Linien von atomarem Sauerstoff im Licht des Kometen.A. L. Cochran, W. D. Cochran: Observations of O (1S) and O (1D) in Spectra of C/1999 S4 (LINEAR). In: Icarus. Band 154, Nr. 2, 2001, S. 381–390, doi:10.1006/icar.2001.6718. Am 8. Juli wurde der Komet mit dem Échelle-Spektrographen HIDES am 1,88-m-Teleskop des Okayama Astrophysical Observatory in Japan beobachtet. Die Emissionslinien von NH2 wurden dabei ausgewertet, um ein Modell der Entstehung des NH2-Radikals aus Ammoniak damit zu vergleichen.H. Kawakita, J. Watanabe, D. Kinoshita, S. Abe, R. Furusho, H. Izumiura, K. Yanagisawa, S. Masuda: High-Dispersion Spectra of NH2 in the Comet C/1999 S4 (LINEAR): Excitation Mechanism of the NH2 Molecule. In: Publications of the Astronomical Society of Japan. Band 53, Nr. 1, 2001, S. L5–L8, doi:10.1093/pasj/53.1.L5. (PDF; 148 kB)