Μαθαίνοντας τον κομήτη της Rosetta

Σε μια ειδική έκδοση του επιστημονικού περιοδικού Science, παρουσιάζονται τα πρώτα αποτελέσματα από επτά από τα 11 επιστημονικά όργανα της Rosetta που βασίζονται σε μετρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια της προσέγγισης και σύντομα μετά την άφιξή της στο κομήτη 67P / Churyumov–Gerasimenko τον Αύγουστο του 2014.

Τώρα έχουν μετρηθεί πολλά από τα βασικά στατιστικά στοιχεία του γνώριμου σχήματος διπλού λοβού του κομήτη: ο μικρός λοβός μετράται στα 2.6 × 2.3 × 1.8 χιλιόμετρα και ο μεγάλος λοβός στα 4.1 × 3.3 × 1.8 χιλιόμετρα. Ο συνολικός όγκος του κομήτη είναι 21.4 km³ και το όργανο Radio Science Instrument μέτρησε τη μάζα του να είναι 10 δισεκατομμύρια τόνοι, αποδίδοντας μια πυκνότητα 470 kg/m³.

Θεωρώντας πως η συνολική σύνθεση του κυριαρχείται από παγωμένο νερό και σκόνη με πυκνότητα 1500-2000 kg/m³, οι επιστήμονες της Rosetta δείχνουν ότι ο κομήτης έχει ένα πολύ υψηλό πορώδες της τάξης του 70-80%, με την εσωτερική δομή του να περιλαμβάνει πιθανόν ασθενώς συνδεδεμένες μάζες πάγου- σκόνης με μικρά κενά μεταξύ τους.

Η επιστημονική κάμερα OSIRIS, έχει απεικονίσει περίπου το 70% της επιφάνειας μέχρι σήμερα: η υπόλοιπη αόρατη περιοχή βρίσκεται στο νότιο ημισφαίριο, που δεν έχει ακόμη φωτιστεί πλήρως έπειτα από την άφιξη της Rosetta.

Οι επιστήμονες έχουν μέχρι στιγμής εντοπίσει 19 περιφέρειες που χωρίζονται από διακριτά όρια και, ακολοθώντας το αρχαίο αιγυπτιακό θέμα της αποστολής Rosetta, οι περιοχές αυτές ονομάστηκαν σύμφωνα με αιγυπτιακές θεότητες, και ομαδοποιήθηκαν ανάλογα με το είδος του εδάφους που κυριαρχεί σε αυτές.

Πέντε βασικοί - αλλά διαφορετικοί - τύποι εδάφους έχουν προσδιοριστεί: καλυμμένοι με σκόνη; με εύθραυστα υλικά με κοιλότητες και κυκλικές δομές;  λάκκους μεγάλης κλίμακας; λεία εδάφη; και εκτεθειμένες περισσότερο συμπαγείς επιφάνειες (σαν βράχοι).

Το μεγαλύτερο μέρος του βόρειου ημισφαιρίου είναι σκεπασμένο με σκόνη. Καθώς ο κομήτης θερμαίνεται, ο πάγος μετατρέπεται απευθείας σε αέριο που διαφεύγει για να σχηματίσει την ατμόσφαιρα ή την κόμη. Η σκόνη σύρεται μαζί με το αέριο σε χαμηλότερες ταχύτητες, και τα σωματίδια που δεν ταξιδεύουν αρκετά γρήγορα ώστε να ξεπεράσουν την αδύναμη βαρύτητα πέφτουν πίσω στην επιφάνεια.

Μερικές πηγές μεμονωμένων πιδάκων δραστηριότητας έχουν επίσης ανιχνευτεί. Ενώ ένα σημαντικό μέρος της δραστηριότητας προέρχεται από την ομαλή περιοχή του λαιμού, πίδακες έχουν επίσης εντοπιστεί να αναβλίζουν από λάκκους.

Τα αέρια που διαφεύγουν από την επιφάνεια φαίνεται επίσης να παίζουν ένα σημαντικό ρόλο στη μεταφορά της σκόνης σε όλη την επιφάνεια, παράγοντας κυματισμούς σαν θίνες, και βράχους με 'ουρές-ανέμου' - οι βράχοι δρουν ως φυσικά εμπόδια προς την κατεύθυνση της ροής του αερίου, δημιουργώντας ραβδώσεις στην υπήνεμη πλευρά του υλικού.

_{Συνεχίστε το διάβασμα παρακάτω}

Η επικάλυψη από σκόνη του κομήτη μπορεί να είναι πάχους πολλών μέτρων κατά τόπους και οι μετρήσεις της επιφανειακής και υπόγειας θερμοκρασίας από το όργανο της Rosetta, Microwave Instrument on the Rosetta Orbiter, ή MIRO, δείχνουν ότι η σκόνη διαδραματίζει καίριο ρόλο στη μόνωση του εσωτερικού του κομήτη, συμβάλλοντας στην προστασία των πάγων που πιστεύεται ότι υπάρχουν κάτω από την επιφάνεια.

Μικρά κομμάτια πάγου μπορεί επίσης να υπάρχουν στην επιφάνεια. Σε κλίμακες 15-25 μέτρων, το όργανο της Rosetta, Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer, ή VIRTIS, βρίσκει την επιφάνεια να είναι πολύ ομοιογενής στη σύνθεση της και να κυριαρχείται από σκόνη και μόρια πλούσια σε άνθρακα, ωστόσο σε μεγάλο βαθμό απαλλαγμένη από πάγο. Αλλά μικρότερες, φωτεινές περιοχές που φαίνονται στις εικόνες είναι πιθανό να είναι πλούσιες σε πάγο. Κατά βάση, σχετίζονται με εκτεθειμένες επιφάνειες ή στίβες από συντρίμμια από κατάρρευση του ασθενέστερου υλικού που αποκάλυψε φρέσκο υλικό.

Σε μεγαλύτερες κλίμακες, πολλά από τα εκτεθειμένα τοιχώματα του γκρεμού καλύπτονται με τυχαία προσανατολισμένα ρήγματα. Ο σχηματισμός τους συνδέεται με τους ταχείς κύκλους θέρμανσης-ψύξης που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια των 12,4 ωρών της ημέρας του κομήτη και των πάνω από 6,5 χρόνων ελλειπτικής τροχιάς του γύρω από τον Ήλιο. Ένα εξέχον και ενδιαφέρον χαρακτηριστικό είναι μια ρωγμή μήκους 500 μέτρων που φαίνεται σχεδόν παράλληλη προς το λαιμό μεταξύ των δύο λοβών, αν και δεν είναι ακόμη γνωστό εάν προκύπτει από καταπονήσεις στην περιοχή αυτή.

Μερικές πολύ απόκρημνες περιοχές των εκτεθειμένων μετώπων των γκρεμών είναι ανάγλυφες σε κλίμακες περίπου 3 μέτρων, με χαρακτηριστικά που έχουν το παρατσούκλι 'goosebumps', στα ελληνικά 'ανατριχίλα'. Η προέλευσή τους είναι ακόμη ανεξήγητη, αλλά το χαρακτηριστικό τους μέγεθος μπορεί να δώσει ενδείξεις ως προς τις διεργασίες κατά το σχηματισμό του κομήτη.

Και σε πολύ μεγαλύτερη κλίμακα, η προέλευση συνολικά του σχήματος διπλού λοβού του κομήτη παραμένει ένα μυστήριο. Τα δύο τμήματα φαίνονται πολύ παρόμοια στη σύνθεση, ενδεχομένως ευνοούμενα από την διάβρωση ενός μεγαλύτερου, ενιαίου σώματος. Αλλά τα σημερινά δεδομένα δεν μπορούν ακόμα να αποκλείσουν το εναλλακτικό σενάριο: δύο ξεχωριστοί κομήτες σχηματίστηκαν στο ίδιο μέρος του Ηλιακού Συστήματος και στη συνέχεια συγχωνεύθηκαν σε μεταγενέστερη χρονική στιγμή.

Αυτό το βασικό ερώτημα θα μελετηθεί περαιτέρω κατά το επόμενο έτος, καθώς η Rosetta θα συνοδεύει τον κομήτη γύρω από τον Ήλιο.

Πως αναπτύσσεται μια ατμόσφαιρα

Η πλησιέστερη προσέγγισή τους στον Ήλιο θα συμβεί στις 13 Αυγούστου σε απόσταση 186 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, ανάμεσα στις τροχιές της Γης και του Άρη. Καθώς ο κομήτης συνεχίζει να κινείται πιο κοντά στον Ήλιο, ένας σημαντικός στόχος των οργάνων της Rosetta είναι να παρακολουθούν την εξέλιξη της δραστηριότητας του κομήτη, από την άποψη της ποσότητας και της σύνθεσης του αερίου και της σκόνης που εκπέμπονται από τον πυρήνα για να σχηματίσουν την κόμη.

Εικόνες από τις επιστημονικές κάμερες και τις κάμερες πλοήγησης έχουν δείξει αύξηση στην ποσότητα της σκόνης που ρέει μακριά από τον κομήτη κατά τη διάρκεια των τελευταίων έξι μηνών, και το MIRO έδειξε μια γενική αύξηση του συνολικού ρυθμού παραγωγής υδρατμών του κομήτη, από 0,3 λίτρα ανά δευτερόλεπτο στις αρχές Ιουνίου 2014 - 1,2 λίτρα ανά δευτερόλεπτο από τα τέλη Αυγούστου. Το MIRO διαπίστωσε επίσης ότι ένα σημαντικό μέρος του νερού που παρατηρήθηκε κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης προήλθε από το λαιμό του κομήτη.

Το νερό συνοδεύεται από άλλα είδη εκπεμπόμενων αερίων, συμπεριλαμβανομένου του μονοξειδίου του άνθρακα και το διοξειδίου του άνθρακα. Το όργανο της Rosetta, Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, ROSINA, βρίσκει μεγάλες διακυμάνσεις στη σύνθεση της κόμης, που εκπροσωπούν καθημερινές και ίσως εποχιακές διακυμάνσεις στα βασικά είδη εκλυομένων αερίων. Το νερό είναι συνήθως το κυρίαρχο μόριο που εκλύεται, αλλά όχι πάντοτε.

Συνδυάζοντας τις μετρήσεις από τα όργανα MIRO, ROSINA και GIADA (Grain Impact Analyzer and Dust Accumulator της Rosetta) που ελήφθησαν μεταξύ Ιουλίου και Σεπτεμβρίου, οι επιστήμονες της Rosetta έχουν κάνει μια πρώτη εκτίμηση της αναλογίας της σκόνης σε σχέση με το αέριο του κομήτη, με περίπου τέσσερις φορές περισσότερο βάρος σκόνης που εκπέμπεται από ότι αερίου, κατά μέσο όρο πάνω από την ηλιόλουστη επιφάνεια του πυρήνα.

Ωστόσο, αυτή η τιμή αναμένεται να αλλάξει όταν ο κομήτης ζεσταθεί περαιτέρω και οι κόκκοι πάγου – εκτός από καθαρά κόκκους σκόνης - θα εκτινάσσονται από την επιφάνεια.

Το GIADA παρακολουθεί επίσης την κίνηση των κόκκων σκόνης γύρω από τον κομήτη, και, μαζί με εικόνες από το OSIRIS, έχουν αναγνωριστεί δύο ξεχωριστοί πληθυσμοί κόκκων σκόνης. Ένα σύνολο που εκρέει και ανιχνεύεται κοντά στο διαστημικό σκάφος, ενώ η άλλη οικογένεια είναι σε τροχιά γύρω από τον κομήτη σε απόσταση όχι μικρότερη από 130 χιλιόμετρα από το διαστημικό σκάφος.

Θεωρείται ότι οι πιο απομακρυσμένοι κόκκοι έχουν απομείνει από την τελευταία πλησιέστερη προσέγγιση του κομήτη στον Ήλιο. Καθώς ο κομήτης κινήθηκε μακριά από τον Ήλιο, η ροή του αερίου από τον κομήτη μειώθηκε και δεν ήταν πλέον σε θέση να διαταράξει τις δεσμευμένες τροχιές. Όμως, καθώς αυξάνεται ο ρυθμός της παραγωγής αερίου και πάλι τους επόμενους μήνες, αναμένεται ότι αυτό το δεσμευμένο σύννεφο θα εξανεμιστεί. Ωστόσο, η Rosetta θα είναι σε θέση να το επιβεβαιώσει όταν θα είναι πάλι ακόμα πιο μακριά από τον κομήτη - σήμερα είναι σε μια τροχιά 30 χιλιομέτρων.

Καθώς η κόμη αερίου-σκόνης συνεχίζει να αυξάνεται, οι αλληλεπιδράσεις με φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού ανέμου και με το υπεριώδες φως του Ήλιου θα οδηγήσει στην ανάπτυξη της ιονόσφαιρας του κομήτη και, τελικά, στη μαγνητόσφαιρα του. Τα όργανα Rosetta Plasma Consortium, ή RPC, έχουν μελετήσει τη σταδιακή εξέλιξη αυτών των συστατικών κοντά στον κομήτη.

"Η Rosetta ουσιαστικά ζει μαζί με τον κομήτη καθώς κινείται προς τον ήλιο κατά μήκος της τροχιάς του, μαθαίνοντας το πώς η συμπεριφορά του αλλάζει σε καθημερινή βάση και, σε μεγαλύτερες χρονικές κλίμακες, πώς αυξάνεται η δραστηριότητα του, και το πώς η επιφάνειά του μπορεί να εξελιχθεί, και πώς αλληλεπιδρά με τον ηλιακό άνεμο, "λέει ο Matt Taylor, επιστήμονας του έργου Rosetta της ESA.

"Έχουμε ήδη μάθει πολλά στους λίγους μήνες που ήμαστε δίπλα στον κομήτη, αλλά καθώς όλο και περισσότερα δεδομένα συλλέγονται και αναλύονται ελπίζουμε από αυτή τη στενή μελέτη του κομήτη να απαντηθούν πολλές ερωτήσεις-κλειδιά σχετικά με την προέλευση και την εξέλιξη του."

Σημειώσεις για Συντάκτες

Αυτά είναι κάποια από τα πρώτα επιστημονικά αποτελέσματα από τη Rosetta και υπάρχουν πολλά ακόμα που θα έρθουν καθώς οι επιστήμονες μελετούν τα δεδομένα και καθώς ο κομήτης συνεχίζει να εξελίσσεται κατά τη διάρκεια της κοντινότερης προσέλευσής του στον Ήλιο. Περιγράφονται λεπτομερέστερα στα πόστερ που τα συνοδεύουν και μπορούν να βρεθούν στο Rosetta blog και στο τεύχος της 23 Ιανουαρίου 2015 της ειδικής έκδοσης του επιστημονικού περιοδικού Science:

“Dust Measurements in the Coma of Comet 67P/Churyumov- Gerasimenko Inbound to the Sun Between 3.7 and 3.4 AU” by A. Rotundi et al. (GIADA)

“Subsurface properties and early activity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko” by S. Gulkis et al. (MIRO)

“The morphological diversity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko” by N. Thomas et al. (OSIRIS)

“On the nucleus structure and activity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko” by H. Sierks et al. (OSIRIS)

“Time variability and heterogeneity in the coma of 67P/Churyumov-Gerasimenko,” by M. Hässig et al. (ROSINA)

“Birth of a comet magnetosphere: a spring of water ions,” by H. Nilsson et al. (RPC-ICA)

“The organic-rich surface of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko as seen by VIRTIS/Rosetta” by F. Capaccioni et al. (VIRTIS)

“67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio” by K. Altwegg et al. (ROSINA)