[530x]
Утёсы на комете Чурюмова-Герасименко
Постоянные читатели наверняка помнят эпопею, связанную с прибытием в район кометы Чурюмова-Герасименко исследовательского космического аппарата Rosetta и не очень удачной посадкой на поверхность кометы модуля Philae. Тем не менее, за все время пребывания там исследовательских аппаратов было собрано огромное количество научных данных, анализ которых показал, что ледяное тело кометы, являющееся остатками материала, из которого сформировались объекты Солнечной системы, имеет более разнообразную природу и более сложное строение, нежели ученые считали ранее.

Ученые, занимающиеся обработкой собранных научных данных, потратили с пользой имеющееся в их распоряжении спокойное время. Доказательством этому является череда научных работ, посыпавшихся на прошедшей неделе "как из рога изобилия" и опубликованных в журнале Science.


Альбедо и состав поверхности

Одним из первых исследований было измерения альбедо небесной странницы. Альбедо - отражательная способность поверхности, иначе говоря, альбедо указывает на то, сколько солнечного света отражается от тела. Результаты оказались неожиданными - альбедо кометы составляет всего 6%, что примерно вдвое меньше альбедо нашего естественного спутника!

[730x]
Сравнение альбедо различных тел Солнечной системы. Энцелад (спутник Сатурна) - 100%, Земля - 31%, Луна - 12% и комета 67P - 6%. Изображение: NASA/JPL/Space Science Institute (Enceladus); ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/ UPM/DASP/IDA and Gordan Ugarkovich (Earth); Robert Vanderbei, Princeton University (Moon); ESA/Rosetta/NAVCAM (67P/C-G).
Это значение говорит нам о том, что поверхность кометы содержит множество минералов (например сульфид железа) и соединений, основанных на углероде. Также, низкое альбедо указывает на то, что на поверхности ядра совсем мало или нет водяного льда. Но это не означает, что комета лишена своих водных запасов.

"Конечно, это не означает, что комета не богата водой, просто нет водяного льда в ее поверхностном слое, глубина которого превышает чуть более одного миллиметра. Причина этого кроется в новейшей истории эволюции кометы, поскольку неоднократные прохождения в непосредственной близости от Солнца стали причиной сублимации поверхностного льда", - поясняет Фабрицио Капаччиони (Fabrizio Capaccioni), руководитель группы, работающей с прибором VIRTIS.

Есть и другой интересный результат, к которому пришли исследователи в ходе анализа данных инструмента. На всей поверхности кометы были обнаружены макромолекулярные органические соединения. Некоторые из них аналогичны карбоновым кислотам.

"Образование таких соединений требует присутствия летучих молекул, таких как метанол, метан или окись углерода, которые замерзают при очень низких температурах. Таким образом, эти соединения должны быть образованы на больших расстояниях от Солнца, на ранних стадиях формирования Солнечной системы. Это говорит о том, что мы столкнулись с кометой, которая скрывает в своей структуре следы первобытных химических соединений, которые сформировались с нашей Солнечной системе, или, возможно, еще в более ранние эпохи", - сказал Фабрицио Капаччиони.

Несмотря на регулярные процессы омолаживания, действующие на ядро кометы Чурюмова-Герасименко во время каждого ее возвращения к Солнцу, состав поверхности ядра, по данным VIRTIS, весьма однороден. Это говорит о том, что космическое выветривание сыграло второстепенную роль в формировании состава поверхности. Вещество ядра кометы оказывается практически нетронутым с момента ее образования. Органические вещества, входящие в состав ядра, образовались из смеси льдов летучих веществ (метана, аммиака, метанола, угарного и углекислого газов) при низких температурах путем облучения ультрафиолетом и космическими лучами. Все это согласуется с гипотезой, что комета Чурюмова-Герасименко сравнительно недавно покинула пояс Койпера и перешла на орбиту кометы семейства Юпитера.


Форма и недра

Комета состоит из двух частей и напоминает по форме резинового утенка. Основные части кометы условно обозначают как: тело, шею и голову.


Мозаика, составленная из снимков аппарата "Розетта", полученных 6 января 2015 года (кликабельно).
Относительно этой формы у ученых имеются два предположения, каждое из которых имеет свое "право на жизнь". Согласно первому предположению, ядро кометы 67P сформировалось из двух разных тел, которые столкнулись, объединились и соединились перешейком под влиянием различных факторов. Второе предположение заключается в том, что ядро кометы 67P было раньше одним большим телом, имеющим более симметричную форму. Но космическая "коррозия", влияние солнечного ветра и космических лучей, "выела" менее плотный материал ядра, оставив лишь тонкий перешеек, соединяющий две более массивные и плотные части. "Нам еще пока неизвестен точный ответ на этот вопрос" - рассказывает Майкл А'Хирн (Michael A'Hearn), ученый-астроном из университета Мэриленда, - "Но в недалеком будущем мы обязательно выясним это".

"Если нам удастся обнаружить существенные различия в составе материала двух половинок ядра кометы 67P, мы сможем утверждать, что ядро сформировалось из двух больших космических тел немного разной природы" - рассказывает Майкл А'Хирн, - "В ином случае можно будет считать, что ядро кометы в прошлом было одним большим телом, сформировавшимся из небольших отдельных глыб, размерами от 100 метров и больше".

Масса ядра кометы составляет около 10 миллиардов тонн, что больше массы Международной космической станции в 100 миллионов раз. При этом, средняя плотность материала ядра составляет около 470 кг/м3, что значительно меньше плотности льда (1500-2000 кг/м3), и приблизительно равно плотности дерева, пробки или пластика. Таким образом, комета может плавать на поверхности воды (если не брать во внимание, что поры будут заполняться водой).
Общий объем небесной странницы - 21,4 км3.

Поверхность

На сегодняшний день было отснято около 70% поверхности кометы с помощью научной камеры OSIRIS. Среди оставшихся 30% "невидимый" район южного полушария, который пока что не освещался Солнцем с момента прибытия аппарата "Розетта".

[730x]
Регионы кометы. Изображение: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
На поверхности кометы было выделено 19 областей, которые отличаются друг от друга по внешним признакам. Все они получили свои названия в честь египетских богов. В целом можно определить пять основных типов поверхности: участки, покрытые пылью; гладкие области; крупномасштабные депрессии; области с ямами и кольцевыми структурами; скалистые регионы.

[730x]
Большая часть северного полушария кометы покрыта пылью. По мере нагревания лед превращается в газ, который формирует кому (атмосферу) кометы. Вместе с газом ядро покидает и пыль, но на более медленной скорости. Некоторые частицы настолько медленны, что их скорости не хватает для преодоления слабой гравитации кометы, и они падают обратно на поверхность.

[730x]
Активное углубление кометы. Яркость снимка, расположенного справа, была усилена, чтобы мы могли рассмотреть исходящую струю газа. Фото: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
Большая часть газа выделяется из "шеи" кометы. Также были зафиксированы струи газа, исходящие из углублений. Извержение газа играет ключевую роль в транспортировке пыли по всей поверхности небесной странницы, которая в свою очередь может выступать в роли "защитника" льда от испарения, скрывая его от солнечных лучей.
В тоже время, небольшие фрагменты льда можно обнаружить и на поверхности. На снимке, представленном ниже, выделяются яркие области, которые могут содержать высокую концентрацию водяного льда.

[730x]
На участках, отмеченных стрелками, находятся "запасы" водяного льда. Фото: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
В структуре скалистых "стен" кометы можно выделить множество трещин. Их образование связано со сменой дня и ночи, которая происходит довольно быстро (период вращения кометы составляет 12,4 часа). Некоторые области покрыты небольшими скальными, которые сравнивают с "мурашками на коже". Их происхождение до сих пор остается загадкой.

[730x]
"Мурашки" кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. Фото: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA


Температура и освещенность

Инструмент MIRO представляет собой небольшой спектрометр, который способен отобразить количество, температуру и скорость, с которой водяной пар и другие молекулы покидают ядро кометы. Ещё прибор способен измерить температуру под поверхностью (на глубине всего несколько сантиметров).

[830x]
И так, в сентябре 2014 года температура кометы на глубине одного сантиметра находилась в пределах от -243 до -83 ºC (от 30 до 190 Кельвинов). Как ожидается, эта температура будет возрастать по мере приближения к Солнцу и прохождению точки перигелия.

К солнечному свету прибавляется собственное тепловое излучение ядра; по его интенсивности была измерена температура освещенных солнцем областей – от 180 до 230 К.

Ключевым фактором, оказывающим влияние на температуру, являются сезонные изменения. Мы говорим о временах года. На одних широтах кометы сейчас теплее, а на других наоборот, холоднее. Например, наиболее низкие температуры были зафиксированы в южной полярной области небесной странницы, которая "не видела" Солнца в течение нескольких лет. Между тем, более высокая температура наблюдалась на северных широтах.

Смена дня и ночи тоже влияет на колебание температуры, однако степень этих колебаний отличается в зависимости от широты. Там где сейчас зима (южная полярная область) колебания близки к нулю, в то время как на северных широтах изменения температуры составляют примерно 50 К.


Кома и ее состав

Наибольшая часть газа извергается из шеи кометы во второй половине дня, который длится 12,4 часа. За время наблюдений был отмечен значительный рост количества водяного пара, выделяемого кометой. В июне 2014 года комета ежесекундно лишалась 300 мл воды. В конце августа с ее поверхности каждую секунду испарялось 1,2 литра воды!

[730x]
Фотография кометы 67P/Чурюмова-Герасименко, полученная космическим аппаратом "Розетта" 22 ноября 2014 года. Фото: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) проводит сбор и изучение частиц кометной пыли. В ходе сбора частиц ученые заметили, что многие крупные частицы разваливаются на более мелкие фрагменты. То, что пылинки так легко рассыпались на части говорит о том, что они не были хорошо связаны между собой. Также, они не содержали фрагментов льда, который бы не привел к разрушению.

Анализ частиц показал большое содержание натрия, что делает их схожими с частицами межпланетной пыли, которая находится в метеорных потоках (например Персеидах). Ученые считают, что зафиксированные частицы не принадлежат комете. Они попали на ее поверхность после прохождения предыдущего перигелия, когда потоки газа утихли, и больше ничто не могло поднять частицы пыли с поверхности. Таким образом, за несколько лет своего путешествия комета "собирала" межпланетную пыль.

"Мы обнаружили, что частицы пыли, выпускаемые впервые после повышения активности кометы, являются пушистыми". Они не содержат лед, но содержат много натрия. Мы нашли родительский материал частиц межпланетной пыли", говорит Рита Шульц (Rita Schulz), ведущий автор исследования из Европейского космического агентства.

[730x]
Два примера "пушистых" частиц, которые условно назвали Eloi (a) и Arvid (b). Для каждого зернышка представлены снимки, полученные в различных условиях освещения (верхний снимок - освещение справа, нижний - слева). Такие фотографии необходимы, чтобы определить высоту пылинок. Так, высота Eloi достигает 0,1 мм, а высота Arvid около 0,06 мм. "µm" - микрометр, который составляет 0,001 мм. Фото: ESA/Rosetta/MPS for COSIMA Team MPS/CSNSM/UNIBW/TUORLA/IWF/IAS/ESA/ BUW/MPE/LPC2E/LCM/FMI/UTU/LISA/UOFC/vH&S
Таким образом, комета лишалась "старого" слоя пыли, который должен окончательно исчезнуть уже в этом месяце. Затем, на поверхности останется свежий материал, который также начнет покидать поверхность ядра небесной странницы. Кометы являются древними объектами Солнечной системы, и анализ новых частиц позволит пролить свет на некоторые вопросы, связанные с историей нашей системы.

А вот данные, собранные с помощью прибора ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis), указывают на то, что кома (в некотором плане атмосфера) кометы не является такой однородной, как ожидалось. ROSINA представляет собой спектрометр для анализа ионов и нейтральных частиц.

В основном прибор ROSINA регистрировал следы воды. Тем не менее, бывали периоды, когда в коме кометы возрастала концентрация углекислого, либо угарного газов. При чем иногда, углекислого газа было намного больше, чем воды. Эти колебания состава могут быть связаны с суточными (день/ночь) или даже сезонными колебаниями.
Кома, возможно, отражает состав ядра в разных областях. Таким образом, если тело и голова имеют разный состав, то следовательно можно будет с большей уверенностью сказать, что ядро кометы было образовано путем столкновения двух небесных тел.


Магнитосфера


С помощью инструмента RPC-ICA, установленного на борту европейского зонда "Розетта", ученые следят за формированием магнитосферы кометы 67P/Чурюмова-Герасименко.

[730x]
Колебания магнитного поля вокруг кометы
По мере приближения к Солнцу, температура кометы начинает возрастать, и некоторые вещества (в основном вода) начинают испаряться, образуя "атмосферу" кометы, которую называют комой. Ультрафиолетовое излучение Солнца и столкновение с солнечным ветром ионизирует некоторые молекулы. Образованные ионы могут быть разогнаны до высоких скоростей.

Когда комета подходит на достаточно близкое расстояние к звезде, то ее атмосфера является уже настолько плотной и ионизированной, что остановится электропроводной. Кома кометы начинает оказывать сопротивление солнечному ветру, и тут рождается ее магнитосфера - область, которая защищена от солнечного ветра.

"Кометная среда представляет лабораторию для ученых, где мы можем увидеть, что происходит, когда потоки солнечного ветра проходят через атмосферу", - говорит профессор Ханс Нильссон из Шведского института космической физики (IRF) в Кируне. Ханс Нильссон работает с данными ICA, который измеряет положительно заряженные ионы и является одним из пяти инструментов прибора RPC.

Ханс объяснил, что изучение взаимодействия солнечного ветра с атмосферой кометы в "лабораторных условиях" может пролить свет на взаимодействие солнечного ветра с планетами на ранней стадии их формирования.

"В молодой Солнечной системе, верхние атмосферы планет были сильно разогреты и распространялись далеко в космосе. Солнечный ветер должен был проходить через наружную часть этих расширенных атмосфер, и это напоминает его прохождение через кометную атмосферу на низкой стадии ее активности", - поясняет профессор.

Миссия "Розетта" является поистине уникальной. Предыдущие космические аппараты, которые занимались изучением небесных странниц, проходили на большом расстоянии от них. Во время этих встреч магнитосфера комет была уже полностью сформирована. "Розетте" повезло больше, и аппарат проводит наблюдения за ранними стадиями образования магнитосферы.

"Впервые мы видим, что происходит до сопротивления кометной атмосферы солнечному ветру. Мы обнаружили, что атмосфера кометы влияет на солнечный ветер намного больше, чем мы думали, как это будет проходить на ранней стадии. Мы также удивлены, насколько структура кометной атмосферы, которую мы видим исходя по наших данных, неравномерно распределена вокруг ядра", - добавляет Ханс Нильсон.

Что касается расстояния, на котором образуется ударная волна. Пока что ученые не могут дать точных цифр. Сейчас зонд находится в 30 километрах от поверхности кометы, и приборы показывают, что солнечный ветер все ещё пронизывает атмосферу. Это связано с тем, что магнитосфера кометы находится только в стадии своего развития.

Сейчас ученые находятся на ранних стадиях анализа и моделирования данных. По мере дальнейшего приближения кометы к Солнцу ученые смогут стать свидетелями перехода роста магнитосферы на другую стадию. Профессор Ханс отмечает: "Этот переход, скорее всего, будет самой захватывающей частью. Это может случиться в любой день. Каждое утро мы продолжаем смотреть на новые данные. Что же мы найдем сегодня?".


Источники: http://www.sciencemag.org/content/347/6220/aaa0628.full
http://news.discovery.com/space/rosettas-comet-is-...ien-than-we-thought-150122.htm
Перевод: http://kosmos-x.net.ru/news/2015-01
http://www.dailytechinfo.org/space/6673-dannye-sob...m-nezheli-schitalos-ranee.html
http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1137&tx_ttnews[t...ef5a0af0960a7938cf24bf3ef0fedb