Poznawanie komety przez sondę Rosetta

W specjalnym wydaniu pisma Science przedstawiono wstępne wyniki pomiarów siedmiu z jedenastu instrumentów badawczych sondy, które wykonano podczas zbliżania się oraz tuż po dotarciu do komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko w sierpniu 2014 roku.

Zmierzono już wiele podstawowych cech charakterystycznego kształtu dwuczęściowej komety: mniejsza bryła mierzy 2,6 × 2,3 × 1,8 km, a większa 4,1 × 3,3 × 1,8 km. Całkowita objętość komety wynosi 21,4 km3, zaś pomiary przyrządu Radio Science Instrument wykazały masę 10 miliardów ton oraz gęstość 470 kg/m3.

Zakładając, iż w ogólnym składzie dominują przede wszystkim lód oraz pył o gęstości 1500–2000 kg/m3, naukowcy wskazują na bardzo wysoką porowatość komety (70–80%) przy wnętrzu zbudowanym przede wszystkim z luźnych skupisk lodu i pyłu z drobnymi pustymi przestrzeniami.

Do tej pory zespół kamery badawczej OSIRIS zebrał pomiary około 70% powierzchni komety. Pozostały obszar znajduje się na południowym płacie, który nie został jeszcze w pełni oświetlony od czasu przybycia Rosetty.

Naukowcy zidentyfikowali już 19 obszarów oddzielonych wyraźnymi granicami i – zgodnie z motywem misji Rosetta – nazwali je na cześć bóstw starożytnego Egiptu oraz pogrupowali według dominującej rzeźby terenu.

Wyznaczono pięć podstawowych – lecz różnych – kategorii rzeźb terenu: powierzchnię pokrytą pyłem, kruchą powierzchnię ze szczelinami oraz kolistymi strukturami, rozległe zagłębienia, gładkie obszary oraz odsłonięte jednolite powierzchnie przypominające skałę.

Większa część północnego płatu pokryta jest pyłem. W trakcie ogrzewania komety lód zamienia się tu w ulatujący gaz, który tworzy atmosferę albo komę. Przy okazji powoli podnosi się pył, ale cząsteczki poruszające się niewystarczająco szybko, by pokonać niską grawitację komety, ponownie opadają na powierzchnię.

Zidentyfikowano również kilka źródeł oddzielnych dżetów. Mimo iż znaczna część aktywności zachodzi na gładkim obszarze „szyi”, dostrzeżono także dżety wychodzące ze szczelin.

Gazy uchodzące z komety odgrywają ważną rolę w przemieszczaniu pyłu po powierzchni komety, tworząc struktury takie jak wydmy oraz „ogony” za większymi głazami, które działają jak przeszkody w przepływie gazów.

W różnych miejscach komety warstwa pyłu może sięgać kilku metrów, zaś pomiary temperatury gruntowej oraz podpowierzchniowej wykonane przyrządem MIRO (Microwave Instrument on the Rosetta Orbiter) wskazują, że pył odgrywa kluczową rolę w izolacji wnętrza komety, pomagając w osłonie lodu, który prawdopodobnie się tam znajduje.

Małe fragmenty lodu mogą również znajdować się na powierzchni. Na zdjęciach w rozdzielczości 15-25 metrów przyrządu VIRTIS (Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer) widać, że powierzchnia jest bardzo jednorodna i składa się głównie z pyłu oraz cząstek bogatych w węgiel, można jednak zobaczyć także pomniejsze jasne obszary, które prawdopodobnie zawierają duże ilości lodu. Zazwyczaj występują one przy odsłoniętym gruncie oraz na obszarach, gdzie mniej wytrzymałe podłoże zapadło się, odsłaniając świeży materiał.

W większej skali na wielu odsłoniętych urwiskach widać losowo skierowane szczeliny. Ich formacje łączą się z nagłymi cyklami ogrzewania i chłodzenia związanymi z dniem komety trwającym 12,4 godziny oraz z 6,5-letnią eliptyczną orbitą wokół Słońca. Charakterystyczne i ciekawe jest półkilometrowe pękniecie, biegnące równolegle do szyi między dwoma płatami komety. Nie wiadomo jeszcze, czy powstało ono w wyniku naprężeń na tym obszarze.

Część bardzo stromych regionów przy odsłoniętych urwiskach posiada około trzymetrowe struktury, które nazwano „gęsią skórką”. Ich pochodzenia nie udało się jeszcze wyjaśnić, ale ich szczególny rozmiar może dać wskazówki co do działania procesów zachodzących podczas powstawania komety.

Także pochodzenie jej dwuczęściowego kształtu pozostaje zagadką. Wygląda na to, że dwie części mają bardzo podobny skład, co wskazuje na erozję jednego, większego ciała. Bieżące dane nie wykluczają jednak alternatywnego scenariusza: dwie różne komety uformowały się w tym samym obszarze Układu Słonecznego i dopiero później połączyły się.

Ta kwestia będzie badana w nadchodzącym roku, gdy Rosetta będzie towarzyszyć komecie w jej drodze dookoła Słońca.

Jak wyhodować atmosferę
Największe zbliżenie komety do Słońca – na 186 milionów kilometrów – nastąpi 13 sierpnia pomiędzy orbitami Ziemi i Marsa. Do tego czasu instrumenty sondy Rosetta będą skupiały się na monitorowaniu rozwoju aktywności komety, badając ilość oraz skład uchodzących z jądra gazów i pyłów tworzących komę.

Zdjęcia z naukowych oraz nawigacyjnych kamer pokazują wzrost ilości pyłu uchodzącego z komety w ciągu ostatnich sześciu miesięcy. Instrument MIRO wykazał ogólny wzrost ilości produkowanej przez kometę pary wodnej, od 0,3 litra na sekundę na początku czerwca 2014 roku do 1,2 litra na sekundę pod koniec sierpnia. Okazało się również, że znaczna część wody zaobserwowana w tym okresie pochodziła z szyi komety.

Wraz z wodą uchodzą z komety inne cząsteczki gazu, m.in. tlenek oraz dwutlenek węgla. Przyrząd ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) wciąż odkrywa znaczne fluktuacje w składzie komy. Odzwierciedlają one dzienne, a być może okresowe, zmiany proporcji głównych gazów. W największej ilości występują w nich cząsteczki wody, chociaż też nie zawsze.

Łącząc pomiary zebrane przez przyrządy MIRO, ROSINA oraz GIADA (Rosetta’s Grain Impact Analyzer and Dust Accumulator) między lipcem a wrześniem, naukowcy projektu Rosetta oszacowali po raz pierwszy proporcje emitowanych przez kometę pyłów do gazów: dla uśrednionej oświetlonej przez Słońce powierzchni pyłów jest około cztery razy więcej.

Szacuje się jednak, że te wartości się zmienią, gdy kometa będzie się dalej ogrzewać i zacznie wyrzucać cząsteczki lodu – w odróżnieniu od samych drobin pyłu wyrzucanych do tej pory.

Instrument GIADA śledził również ruch pyłu dookoła komety i wraz z obrazami kamery OSIRIS zidentyfikował dwa rodzaje drobin. Jedne uchodzą z komety i wykrywane są w pobliżu sondy, nie dalej niż na wysokości 20 kilometrów, drugie zaś okrążają kometę w odległości ponad 130 kilometrów.

Uważa się, że dalsze skupiska drobin są pozostałością po poprzednim zbliżeniu do Słońca. Gdy kometa oddaliła się od gwiazdy, strumień gazów płynący z komety zmniejszył się i nie był już w stanie zaburzyć granic orbit. Oczekuje się, że wraz ze wzrostem ilości gazu w nadchodzących miesiącach ta chmura ulegnie rozproszeniu. Rosetta będzie w stanie stwierdzić to jednak dopiero, kiedy ponownie znajdzie się w dalszej odległości od komety – obecnie znajduje się na 30-kilometrowej orbicie.

Wzrost składającej się z gazu i pyłu komy sprawi, że interakcje z naładowanymi cząstkami wiatru słonecznego oraz z ultrafioletowym promieniowaniem słonecznym wytworzą najpierw jonosferę, a później magnetosferę. Przyrządy RPC (Rosetta Plasma Consortium) badają już z bliska stopniowe zmiany tych składników komety.

„Rosetta praktycznie żyje wraz z kometą, gdy jej tor biegnie w kierunku Słońca. Bada jej zmiany zachowania zarówno z dnia na dzień, jak i w dłuższej skali czasowej, rejestruje, jak wzrasta jej aktywność, jak ewoluuje jej powierzchnia oraz jak kometa reaguje na wiatr słoneczny”, mówi Matt Taylor, główny naukowiec projektu Rosetta.

„Wiele nauczyliśmy się w ciągu tych kilku miesięcy, od kiedy znajdujemy się w pobliżu komety, a wraz z rosnącą ilością zebranych i przeanalizowanych danych mamy nadzieję odpowiadać na wiele kluczowych pytań dotyczących powstania komety oraz jej ewolucji”.

Informacja dla redaktorów
Są to dopiero pierwsze wyniki naukowe z Rosetty. Kolejne pojawią się, gdy naukowcy będą analizować dane, a także w trakcie zmian, którym ulegnie kometa podczas zbliżania się do Słońca. Więcej szczegółów można znaleźć we wpisach na blogu Rosetta oraz w specjalnej edycji pisma Science z 23 stycznia 2015 roku.

“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)

Więcej o misji Rosetta
Rosetta jest misją ESA realizowaną przy wkładzie Państw Członkowskich oraz NASA. Lądownik Rosetty, Philae, został dostarczony przez konsorcjum kierowane przez DLR, MPS, CNES oraz ASI. Rosetta to pierwsza misja w historii, która zbliżyła się do komety i będzie jej towarzyszyć podczas obiegu wokół Słońca. Philae wylądował na komecie 12 listopada 2014 roku. Komety to kapsuły czasu zawierające pierwotny materiał z okresu, gdy tworzyły się Słońce i planety. Badając gaz, pył, strukturę jądra oraz organicznych materiałów powiązanych z kometą, zarówno zdalnie, jak i kontaktowo, misja Rosetta powinna stać się kluczem do rozwiązania zagadki historii i ewolucji naszego Układu Słonecznego.