Aktualności

W dniach 28-29 maja 2018 roku zespół Centrum Informacji Kryzysowej (CIK) Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN) uczestniczył w ćwiczeniach służb ratowniczych i podmiotów zarządzania kryzysowego pod kryptonimem „Stacja Przeworsk”.

Więcej …
Rosetta – wnikliwe przypatrywanie się jądru komety Drukuj Email
środa, 29 października 2014 15:23

Kontynuując swą podróż blisko jądra komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko, sonda Rosetta zbliżyła się do jej powierzchni na odległość mniejszą niż 10 kilometrów. Dzięki temu uzyskano zdjęcia z wprost zachwycającą rozdzielczością. Mimo to, nadal nie jest jasne co widzimy. Dyskusja, czym są i jak powstały detale widoczne na powierzchni komety, trwa i z pewnością będzie jeszcze trwać przez jakiś czas. Nawet wielkoskalowe struktury  są czasem trudne do interpretacji, a to sprawia, że trudno jest znaleźć jednoznaczne odpowiedzi na najbardziej fundamentalne pytania dotyczące pochodzenia jądra kometarnego.

Budżet energii na powierzchni

Dzięki bieżącemu dokumentowaniu wyglądu powierzchni widzimy, jak bardzo jest interesująca wskutek burzliwych procesów geologicznych, jakie tam zachodzą. Te są spowodowane obecnością bardzo lotnych substancji, które wyparowują na skutek ogrzewania docierającego ze Słońca. Gdy kometa podczas swej wędrówki po orbicie okołosłonecznej zbliża się do Słońca, co ma obecnie miejsce, ogrzewanie jest coraz silniejsze. Wówczas materiał lotny ,,budzi się do życia'', powodując, że gazy podpowierzchniowe wywierają coraz większe ciśnienie i coraz energiczniej próbują wydostać się w przestrzeń.

To skutkuje erozją powierzchni i utratą materiału, a w efekcie zmniejszaniem się jądra. Powierzchnia jest oczywiście kształtowana przez erozję, jaka miała miejsce zarówno w poprzednich zbliżeniach komety do Słońca, jak i podczas bieżącego zbliżania [1] a jednym z naszych zadań jest wywnioskować ze zdjęć, jak przebiegał cały ten proces. Badając to, nauczymy się wiele o budowie fizycznej jądra i jego składzie chemicznym, gdyż od obu tych czynników zależy i ogólny kształt jądra kometarnego, i rodzaj powstałych na nim formacji powierzchniowych.

W trakcie rozwiązywania tej zagadki musimy wykorzystywać całą wiedzę zdobytą o poprzednich sezonach w życiu komety. A te różnią się zasadniczo od pór roku na Ziemi z dwóch powodów.  Po pierwsze, orbita komety jest tak silnie wydłużoną elipsą, że natężenie światła słonecznego różni się  ponad dwudziestokrotnie  pomiędzy najbardziej oddalonym, a tym najbliższym Słońca fragmentem jej orbity. Po drugie, oś rotacji jądra jest nachylona do płaszczyzny orbity pod znacznie mniejszym kątem, około 38 stopni niż oś ziemska, która jest nachylona około 67 stopni.  W rezultacie duża część powierzchni jądra doświadcza istnienia nocy albo całkowitej ciemności podczas znaczącego ułamka „roku'' kometarnego.

Ale mamy dalsze komplikacje. Ponieważ kształt jądra komety jest tak nietypowy, to istnieje wiele sposobów podróżowania promieni światła z jednej części powierzchni do drugiej. Dlatego oświetlona strona powierzchni może odbijać światło słoneczne na inne, bezpośrednio nieoświetlone fragmenty jądra. To samo dotyczy promieniowania cieplnego emitowanego przez powierzchnię. Podsumowując, budżet energetyczny każdego elementu powierzchniowego w trakcie ruchu orbitalnego wokół Słońca jest mocno skomplikowany i musimy go bardzo starannie wyliczać, aby precyzyjnie zrozumieć, jak zachodzi erozja w poszczególnych miejscach  jądra.

źródło: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Rysunek 1 Model kształtu komety opracowany na podstawie obrazów z kamer OSIRIS ukazuje ogólny kształt jądra z dwoma dużymi blokami (głową i ciałem kaczki) połączonymi z sobą przewężonym obszarem (szyją).

źródło: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

 

Na pierwszy rzut oka, jądro wydaje się składać z dwóch podstawowych części, co pokazano na rysunku obok. Jest to model kształtu jądra komety 67P opracowany  na podstawie wszystkich zebranych dotąd zdjęć. Ten kształt został powszechnie skojarzony z kaczką. Dwie główne części nazwano ciałem i głową, a wąską łączącą je część – szyją. Stwierdzono, że biegun północny znajduje się u podstawy szyi, w miejscu, gdzie łączy się ona z korpusem kaczki. Gdy kometa przebywa w bardziej odległych partiach swej orbity, duży obszar otaczający ten biegun jest stale oświetlany przez Słońce. Te fragmenty są dobrze zbadane, w przeciwieństwie do obszarów znajdujących się po przeciwnej stronie, które obecnie stale pozostają w ciemności. Gdy kometa znajdzie się blisko peryhelium swej orbity (czyli punktu na orbicie najbliższego Słońca), role się zmienią, ponieważ wówczas rejony powierzchni tonące teraz w mroku będą najsilniej oświetlonymi obszarami jądra.

Bliskie spojrzenie na powierzchnię

Zdjęcia z kamer OSIRIS pokazały, że morfologia powierzchni jest silnie zróżnicowana w różnych  mniejszych fragmentach powierzchni komety. Nie ma jednak zasadniczej różnicy pomiędzy dwoma podstawowymi częściami jądra – ciałem i głową kaczki. Różne rodzaje topografii mogą występować na obu z nich, a jedynym unikatowym terenem, który wyróżnia się w tym obrazie, jest  rejon szyi. Całe jądro ma niski współczynnik odbicia promieni słonecznych (to oznacza, że jest ono bardzo ciemne), w tym sensie jest podobne do innych dotychczas zbadanych jąder kometarnych.  Obserwujemy tylko niewielkie różnice w efektywności odbicia pomiędzy poszczególnymi miejscami, nie większe niż 20%. Kometa ma czerwonawy kolor, obie zasadnicze części komety nie różnią się odcieniami.

Niektóre rejony na powierzchni wyglądają na bardzo gładkie. Są one prawdopodobnie pokryte ,,zdmuchniętym przez wiatr'' pyłem – cząsteczkami materii, które zostały uniesione nad powierzchnię przez gaz wypływający z innego miejsca i opadły na mniej aktywną część powierzchni. Obserwuje się struktury podobne do wydm,  które są dowodem przenoszenia pyłu   przez strumienie wypływającego gazu. Najbardziej wyróżniający spośród tych gładkich obszarów został nazwany Hapi i pokrywa część szyi kaczki, co widać na sąsiednim rysunku.

źródło: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Zdjęcie 2 W lewej części zdjęcia widać gładki obszar Hapi znajdujący się na szyi jądra. Drobny pył pokrywający powierzchnię jest usiany dużymi głazami. Po prawej stronie: głowa zaczyna się stromym urwiskiem zwanym Hathor, gdzie widać długie, pionowe pęknięcia. Widoczny na tej fotografii obszar mierzy kilkaset metrów.

źródło: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

 

Pod tym pyłem znajduje się  warstwa powierzchniowa, która wydaje się zwarta, ale  krucha i słaba. Istnieje w niej wiele rys oraz pęknięć, dostrzegliśmy tam także miejsca, które zapadły się i  popękały wskutek naprężeń, które nie mogą być większe niż 10 Pa (prawie niezauważalne ciśnienie w warunkach ziemskich). Niektóre rejony zawierają wiele okrągłych wgłębień oraz większych depresji o bardzo płaskim dnie. Prawdopodobnie powstały one wskutek lokalnych ucieczek gazu, a tym samym są świadectwem erozji powierzchni.


Choć większość form widocznych na powierzchni jest zorientowana przypadkowo, to obserwujemy też całe systemy równoległych struktur o długości setek metrów. Najbardziej rzucający się w oczy taki układ znajduje się na olbrzymim klifie na szyi kaczki, tuż przy granicy z głową (patrz obok). Ten obszar został nazwany Hathor. Jest to bardzo interesujące i unikatowe miejsce, a znalezienie przekonującego wyjaśnienia pochodzenia takiego układu struktur będzie dużym krokiem naprzód. Dziś jeszcze, powstanie Hathor jest wielką zagadką.

Odczytywanie historii komety

Załóżmy, że główne części, które tworzą jądro są dwoma dużymi bryłami, które połączyły się w wyniku zderzenia we wczesnym etapie ewolucji Układu Słonecznego. Jeśli tak, to wydaje się naturalne, że obszar szyi jest miejscem szczególnym i wygląda inaczej niż dwa zgrubienia po obu jej stronach. Kolizja powinna pozostawić ślady w materiale nawet jeśli była bardzo delikatna, ponieważ materiał kometarny jest także delikatnym tworzywem.

Jednakże nie wydaje się, by to co widać dziś na powierzchni Hathor było efektem tworzenia się jądra. Najprawdopodobniej kometa przeżyła bardzo wiele okrążeń wokół Słońca,  co skutkowało dużą liczbą okresów erozji powierzchni. Jest zatem możliwe, a nawet bardzo prawdopodobne, że niektóre z dziś widocznych struktur powierzchniowych były kiedyś ukryte głęboko we wnętrzu pierwotnego jądra komety.

Ale które z nich? Większość struktur jest z pewnością świeża, spowodowana niedawną erozją powierzchni oraz naprężeniami wynikającymi z działania grawitacji i rotacji. Gdybyśmy mogli jednakże zidentyfikować i zinterpretować te, które pochodzą z początków istnienia jądra, uzyskalibyśmy  cenne wskazówki jak tworzyła się kometa.

Inne badania dają już dość wyraźne wskazania. Jednym z nich jest gęstość jądra. Masa komety została dokładnie obliczona za pomocą sygnału radiowego pochodzącego z sondy Rosetta, zaś objętość jądra uzyskaliśmy głównie z modelu kształtu jądra skonstruowanego na podstawie obrazów uzyskanych kamerami OSIRIS. Część jądra nie może być wyraźnie widoczna ponieważ stale pozostaje w cieniu, ale ślady jego konturu zostały wyznaczone dzięki pomiarom słabego promieniowania cieplnego wykonanym przy użyciu przyrządu MIRO. Gęstość ta jest tak mała,  że uzyskujemy bardzo dużą, ponad  50%,  porowatość jądra.

Szacuje się, że taka duża porowatość byłaby niemożliwa do osiągnięcia, gdyby materiał podlegał ściskaniu większemu niż 10 kPa. Oznacza to, że prędkości materii podczas procesu akrecji prowadzącego do powstania jądra,  nie mogą być większe niż 10 m/s.  Teoretyczne modele powstawania komet w samych początkach istnienia Układu Słonecznego przewidują właśnie tak niskie prędkości, a co za tym idzie dostały teraz wsparcie dzięki naszym wynikom z Rosetty.

Ponadto, instrument ROSINA działający na pokładzie Rosetty wykrył kilka rodzajów bardzo lotnych substancji w komecie. Fakt, że te przetrwały całą historię i powstawanie jądra oznacza, że w środku jądra dochodziło do bardzo słabego grzania, choć obecnie światło słoneczne oddziałuje istotnie na samą powierzchnię. Tak łagodnie przebiegająca ewolucja jest również zgodna z opinią, że komety są rzeczywistymi świadkami narodzin Układu Słonecznego.

Coraz silniejsza aktywność

Już na samym początku spotkania z kometą, obrazy ujawniały ślady wyrzucania materiału z jądra komety, pomimo jej dużej jeszcze odległości od Słońca.  Pierwszymi oznakami były jasne strumienie wychodzące z powierzchni. Ich świecenie było efektem rozpraszania światła słonecznego na małych ziarnach, które zostały uniesione z powierzchni jądra przez ciśnienie uwolnionych gazów. Później stało się jasne, że obrazy z kamer OSIRIS wskazują również  pojedyncze ziarna o większych rozmiarach, opuszczające jądro albo poruszające się wokół niego.

Najmniejsze z uciekających ziaren łatwo opuszczają kometę na dobre. Te większe mają rozmiary zwykłych śnieżek –  przypuszcza się, że opuściły jądro podczas jakiegoś poprzedniego podejścia do Słońca i pozostaną na orbicie na wieki. Prawdopodobnie takie kawałki rozprzestrzeniły się wzdłuż całej orbity, na której znalazła się kometa, po głębokim zbliżeniu do Jowisza w 1959 roku.  Od tego czasu może istnieć ciągły strumień ziaren wzdłuż orbity komety. Gdyby orbita Ziemi przecinała ten strumień, moglibyśmy zobaczyć piękny deszcz meteorów pochodzących z komety Rosetty  podczas szczególnych nocy każdego roku. Ale niestety tak nie jest, a my musimy się zadowolić Perseidami i innymi deszczami meteorów, na które zapraszają nas inne komety.


Pierwsze strumienie pyłu były stosunkowo słabe, głównie pochodziły ze źródeł znajdujących się w rejonie Hapi. Nie jest jeszcze jasne, jakie gazy spowodowały tę aktywność. Dobrym kandydatem jest para wodna. Jednakże, na powierzchni nie ma lodu. Brak tam lodu wykazał instrument VIRTIS, któremu do tej pory nie udało się w widmie wykryć linii wskazujących na jego istnienie. Tak więc, gdziekolwiek się patrzy, nie więcej niż kilka procent materiału powierzchniowego może  stanowić lód, resztą może być materiał skalny lub zawierający węglany. Prawdopodobnie znacznie więcej lodu znajduje się nieco pod powierzchnią, skąd gaz może łatwo uciekać.

źródło: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Zdjęcie 3 Strumienie pyłu wychodzące z jądra. Na tym zdjęciu jądro jest celowo prześwietlone, by uwypuklić znacznie od niego słabsze strumienie.

źródło: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

 

Ostatnio dostrzeżono kilka zmian aktywności, co widać na sąsiednim rysunku. Aktywność się nasiliła, a strumienie wychodzą teraz z jądra praktycznie z całej powierzchni. Nie jest to zaskoczeniem, ponieważ kometa znajduje się obecnie znacznie bliżej Słońca i oczekuje się, że nadal będziemy obserwować wzrost aktywności. Teraz zaczyna się nowy etap badań polegający na szczegółowym śledzeniu tego procesu. Mamy nadzieję, że dzięki temu dowiemy się znacznie więcej na temat struktury i składu materiału kometarnego oraz działania erozji w kometach.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hans Rickman

29.10.2014

(tłum. Małgorzata Królikowska-Sołtan)

 


[1] Od tłum.: Kometa stale zbliża się do Słońca, gdyż punkt na orbicie najbliższy Słońca (peryhelium orbity, które znajduje się w odległości 1,24 j.a. od Słońca) minie dopiero 12 sierpnia 2015 roku.

Poprawiony: wtorek, 04 listopada 2014 10:58
 
Start Aktualności Rosetta, misja Europejskiej Agencji Kosmicznej Rosetta – wnikliwe przypatrywanie się jądru komety
Naszą witrynę przegląda teraz 59 gości 
Joomla! jest wolnym oprogramowaniem dostepnym na licencji GNU GPL