Iskolde overraskelser ved Rosettas komet

Da Rosettas komet nærmede sig sin mest aktive periode sidste år, rumfartøjet opdagede kuldioxidis – aldrig før set på en komet – efterfulgt af fremkomsten af ​​to usædvanligt store pletter af vandis.

Kuldioxid-islaget dækkede et område, der kan sammenlignes med størrelsen af ​​en fodboldbane, mens de to vandispletter hver især var større end en olympisk swimmingpool og meget større end nogen tegn på vandis, der tidligere var set på kometen.

De tre iskolde lag blev alle fundet i samme region, på komets sydlige halvkugle.

En kombination af kometens komplekse form, dens aflange bane rundt om Solen og dens betydelige hældning af dens spin, sæsoner er spredt ulige mellem de to halvkugler af den dobbeltfligede komet 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Da Rosetta ankom i august 2014, den nordlige halvkugle gennemgik stadig sin 5,5-årige sommer, mens den sydlige halvkugle var om vinteren og meget af den var indhyllet i mørke.

Imidlertid, kort før kometens nærmeste nærme sig Solen i august 2015, årstiderne ændrede sig, og den sydlige halvkugle oplevede en kort, men intens sommer, udsætter denne region for sollys igen.

I første halvdel af 2015 da kometen støt og roligt blev mere aktiv, Rosetta observerede vanddamp og andre gasser strømme ud af kernen, løfte sit støvede dæksel og afsløre nogle af komets iskolde hemmeligheder.

I særdeleshed, ved to lejligheder i slutningen af ​​marts 2015, Rosetta er synlig, infrarødt og termisk billeddannende spektrometer, VIRTIS, fandt en meget stor plet kuldioxidis i Anhur -regionen, på kometens sydlige halvkugle.

Dette er den første påvisning af fast kuldioxid på en komet, selvom det ikke er ualmindeligt i solsystemet - det er rigeligt i polarkapperne på Mars, for eksempel.

"Vi ved, at kometer indeholder kuldioxid, som er en af ​​de mest udbredte arter i kometatmosfærer efter vand, men det er ekstremt svært at observere det i fast form på overfladen, " forklarer Gianrico Filacchione fra Italiens INAF-IAPS Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, der ledede undersøgelsen.

I kometmiljøet, kuldioxid fryser ved -193°C, meget under den temperatur, hvor vand bliver til is. Over denne temperatur, det skifter direkte fra et fast stof til en gas, hæmmer dets påvisning i isform på overfladen.

Derimod der er fundet vandis ved forskellige kometer, og Rosetta opdagede masser af små pletter på flere områder.

"Vi håbede at finde tegn på kuldioxid-is og havde ledt efter det i et stykke tid, men det var bestemt en overraskelse, da vi endelig opdagede dens umiskendelige signatur, "tilføjer Gianrico.

Plastret, bestående af få procent kuldioxidis kombineret med en mørkere blanding af støv og organisk materiale, blev observeret to på hinanden følgende dage i marts. Dette var en heldig fangst:da holdet så på regionen igen omkring tre uger senere, det var væk.

Forudsat at al isen var blevet til gas, videnskabsmændene vurderede, at 80 m × 60 m plasteret indeholdt omkring 57 kg kuldioxid, svarende til et 9 cm tykt lag. Dens tilstedeværelse på overfladen er sandsynligvis et isoleret sjældent tilfælde, hvor størstedelen af ​​kuldioxidis er begrænset til dybere lag af kernen.

Gianrico og hans samarbejdspartnere mener, at den iskolde plet går et par år tilbage, da kometen stadig var i det ydre solsystems kolde områder, og den sydlige halvkugle oplevede sin lange vinter. På det tidspunkt, noget af kuldioxiden stadig udgasser fra det indre af kernen kondenseret på overfladen, hvor det forblev frosset i meget lang tid, og fordampede kun, da den lokale temperatur endelig steg igen i april 2015.

Dette afslører en sæsonbestemt cyklus af kuldioxid-is, som udfolder sig over kometens 6,5-årige kredsløb, i modsætning til den daglige cyklus af vandis, også set af VIRTIS kort efter Rosettas ankomst.

Interessant nok, kort efter at kuldioxidisen var forsvundet, Rosettas OSIRIS-smalvinkelkamera opdagede to usædvanligt store pletter vandis i det samme område, mellem de sydlige regioner Anhur og Bes.

"Vi havde allerede set mange meter store pletter af udsat vandis i forskellige områder af kometen, men de nye detektioner er meget større, spænder omkring 30 m × 40 m hver, og de fortsatte i cirka 10 dage, før de forsvandt helt, " siger Sonia Fornasier fra LESIA–Observatoire de Paris og Université Paris Diderot, Frankrig, ledende videnskabsmand i undersøgelsen med fokus på sæsonbestemte og daglige overfladefarvevariationer.

Disse isrige områder fremstår som meget lyse dele af kometoverfladen, der reflekterer lys, der er blåere i farve sammenlignet med de rødere omgivelser. Forskere har eksperimenteret med blandinger af støv og vandis for at vise, at efterhånden som koncentrationen af ​​is i dem stiger, det reflekterede lys bliver gradvist mere blå i farven, indtil man når et punkt, hvor lige mængder lys reflekteres i alle farver.

De to nyligt opdagede pletter indeholder 20-30% vandis blandet med mørkere materiale, danner et lag op til 30 cm tykt af fast is. En af dem lurede sandsynligvis under kuldioxidisen, som VIRTIS afslørede cirka en måned før.

"På globalt plan, vi fandt også ud af, at hele kometens overflade blev mere og mere blå i farven, da den nærmede sig Solen, og den intense aktivitet løftede store mængder støv, eksponerer mere af det isrige terræn nedenunder, " forklarer Sonia.

Da kometen bevægede sig væk fra Solen, forskerne observerede, at den overordnede farve på kometoverfladen gradvist blev rødere igen.

De afslørede også lokale farvevariationer, angiver den daglige cyklus af vandis. Bliver hurtigt til vanddamp, når den udsættes for sollys i løbet af den lokale dagtid, det kondenseres tilbage i tynde lag af frost og is, når temperaturen falder efter solnedgang, kun for at fordampe igen den følgende dag.

Fordelingen af ​​vandis under kometens støvede overflade virker vidt, men ikke ensartet spredt, med små pletter, der punkterer kernen, vises og forsvinder som følge af komets aktivitet.

Lejlighedsvis, større og tykkere dele af is er også afdækket, går tilbage til en tidligere tilgang til Solen.

"Disse to undersøgelser af kometens iskolde indhold afslører nye detaljer om kernens sammensætning og historie, "siger Matt Taylor, ESA Rosetta-projektforsker.

"Mens flyvedelen af ​​missionen nu er slut, den videnskabelige udnyttelse af den enorme mængde data indsamlet af Rosetta fortsætter."

"Sæsonbestemt eksponering af kuldioxidis på kernen af ​​kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko" af G. Filacchione et al. og "Rosettas komet 67P/Churyumov-Gerasimenko kaster sin støvede kappe for at afsløre dens isnende natur" af S. Fornasier et al. er publiceret i tidsskriftet Videnskab .