Jak kometa 67P uzyskała swój kształt

Pochodzenie wyraźnie dwuczęściowego kształtu komety było jednym z kluczowych pytań, które zrodziły się, gdy w lipcu 2014 roku sonda Rosetta pierwszy raz sfotografowała 67P.

Wówczas rozważano dwie hipotezy: czy przewężenie powstało w wyniku złączenia dwóch obiektów, czy też w wyniku miejscowo silnej erozji pojedynczego obiektu?

Naukowcy rozwiązali tę zagadkę. Przy użyciu zdjęć o wysokiej rozdzielczości, ukazujących warstwy jądra kometarnego, wykazali oni, że kształt komety wynika ze zderzenia z małą prędkością dwóch osobnych komet. Zdjęcia zostały wykonane przez sondę Rosetta między 6 sierpnia 2014 a 17 marca 2015.

„Ze zdjęć jasno wynika, że obie części komety mają swoją zewnętrzną powłokę podzieloną na wyraźne warstwy. Sądzimy, że sięgają one kilkaset metrów w głąb”, wyjaśnił Matteo Massironi z Uniwersytetu w Padwie, naukowiec zespołu kamery OSIRIS sondy Rosetta i główny autor pracy naukowej na ten temat.

„Można to porównać do warstw cebuli. Z tym że mamy tu do czynienia z dwiema cebulami różnej wielkości, które, nim się złączyły, rosły osobno”. 

Praca naukowa opisująca to badanie, The two independent and primitive envelopes of the bilobate nucleus of comet 67P/C-G, została zaprezentowana 28 września na Europejskim Kongresie Nauk Planetarnych w Nantes i opublikowana w czasopiśmie naukowym Nature.

W ramach badań Massironi i jego współpracownicy najpierw zidentyfikowali na zdjęciach ponad 100 tarasów na powierzchni komety i równoległe do nich warstwy budulca, wyraźnie zarysowane przez zbocza klifów. Do określenia kierunku nachylenia i przebiegu warstw pod powierzchnią  użyto cyfrowego modelu 3D.

Wkrótce stało się jasne, że te powierzchnie tworzą spójną całość zorientowaną wokół środków każdej z części i czasem sięgają nawet 650 metrów w głąb komety.

„To była pierwsza poszlaka wskazująca, że obie części powstały niezależnie. Wzmacniało ją to, że blisko przewężenia warstwy układają się w przeciwnych kierunkach”, wyjaśniał Massironi.

„Aby się upewnić, zbadaliśmy jeszcze korelację między lokalną siłą grawitacji a położeniem każdej z cech topograficznych na powierzchni modelu komety”.

Ogólnie rzecz ujmując: warstwy budulca powinny układać się prostopadle do wektora siły grawitacji obiektu. Naukowcy użyli modeli komputerowych do wyznaczenia siły i kierunku grawitacji w pobliżu każdej z warstw.

W jednym przypadku użyli modelu komety jako pojedynczego ciała, ze środkiem masy zlokalizowanym w pobliżu przewężenia komety. W drugim założyli, że kometa składa się z dwóch części mających własne środki masy.

Badacze odkryli, że model komety składającej się z dwóch niezależnych części wykazuje większą zgodność pod względem orientacji warstw i lokalnych wektorów grawitacji niż model z pojedynczym jądrem.

„To ponownie wskazało, że warstwy obu części komety uformowały się niezależnie, a dopiero potem obiekty te złączyły się”, twierdzi Massironi. „Aby układ warstw zachował się do głębokości przez nas wykazanych, zderzenie musiało zajść przy małych prędkościach”.

„Co więcej, podobieństwa między strukturami na powierzchni każdej z części są uderzające. Oznaczać to może, że mimo różnej przeszłości, powstawały one w podobnym procesie akrecji”, dodaje Bjorn Davidsson z Uniwersytetu w Uppsali, współautor pracy.

„Budowa warstwowa została zaobserwowana już w trakcie innych przelotów w pobliżu komet, co sugeruje, że proces ich powstawania przebiegał podobnie”.

Naukowcy wskazali też, że chociaż erozja nie jest główną przyczyną powstania charakterystycznego kształtu komety, to obecnie odgrywa ważną rolę w jej ewolucji.

Lokalne różnice między poszczególnymi strukturami widzialne na powierzchni mogą wynikać z różnego tempa sublimacji zmrożonych gazów uwięzionych w warstwach materii, które też nie muszą być równomiernie rozmieszczone.

„Od momentu, gdy pierwszy raz zobaczyliśmy kometę, to, skąd wziął się jej dziwny kształt, było najważniejszym pytaniem. Teraz, dzięki temu szczegółowemu badaniu, możemy śmiało powiedzieć, że to ‘układ podwójny kontaktowy’ ”, konstatuje Holger Sierks, główny naukowiec instrumentu OSIRIS z Instytutu Badań Układu Słonecznego im. Maxa Plancka w Getyndze.

„Wyniki tego badania wzbogacają naszą wiedzę o komecie – o tym, jak powstała i jak się zmieniała”, dodaje główny naukowiec misji Rosetta Matt Taylor.

„Rosetta będzie nadal, przez kolejny rok, obserwowała kometę, aby uzyskać jak najwięcej danych o komecie i jej miejscu w historii naszego Układu Słonecznego”.