När Rosettas komet närmade sig sin mest aktiva period förra året, rymdfarkosten upptäckte koldioxidis - aldrig tidigare sett på en komet - följt av uppkomsten av två ovanligt stora fläckar vattenis.

Koldioxidisskiktet täckte ett område som var jämförbart med storleken på en fotbollsplan, medan de två vattenisfläckarna var var och en större än en olympisk pool och mycket större än några tecken på vattenis som tidigare setts på kometen.

De tre isiga skikten hittades alla i samma region, på kometens södra halvklot.

En kombination av kometens komplexa form, dess långsträckta väg runt solen och den kraftiga lutningen av dess snurr, säsonger sprids ojämnt mellan de två halvkloterna i den dubbelflikiga kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko.

När Rosetta kom i augusti 2014, norra halvklotet genomgick fortfarande sin 5,5 åriga sommar, medan södra halvklotet var på vintern och mycket av det var höljt i mörker.

Dock, strax före kometens närmaste närmande till solen i augusti 2015, årstiderna förändrades och södra halvklotet upplevde en kort men intensiv sommar, utsätter denna region för solljus igen.

Under första halvåret 2015, när kometen stadigt blev mer aktiv, Rosetta observerade vattenånga och andra gaser som strömmade ut ur kärnan, lyfter sitt dammiga lock och avslöjar några av kometens isiga hemligheter.

Särskilt, vid två tillfällen i slutet av mars 2015, Rosetta är synlig, infraröd och termisk bildspektrometer, VIRTIS, hittade en mycket stor fläck koldioxidis i Anhur -regionen, på kometens södra halvklot.

Detta är den första upptäckten av fast koldioxid på någon komet, även om det inte är ovanligt i solsystemet - det är rikligt i Polars kepsar på Mars, till exempel.

"Vi vet att kometer innehåller koldioxid, som är en av de vanligaste arterna i kometatmosfärer efter vatten, men det är extremt svårt att observera det i fast form på ytan, "förklarar Gianrico Filacchione från Italiens INAF-IAPS Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, som ledde studien.

I kometmiljön, koldioxid fryser vid -193 ° C, mycket under temperaturen där vatten förvandlas till is. Över denna temperatur, det ändras direkt från ett fast ämne till en gas, hämmar dess upptäckt i isform på ytan.

Däremot, vattenis har hittats på olika kometer, och Rosetta upptäckte gott om små fläckar på flera regioner.

"Vi hoppades kunna hitta tecken på koldioxidis och hade letat efter det ett tag, men det var definitivt en överraskning när vi äntligen upptäckte dess omisskännliga signatur, "tillägger Gianrico.

Plåstret, bestående av några procent koldioxidis i kombination med en mörkare blandning av damm och organiskt material, observerades två dagar i rad i mars. Detta var en lycklig fångst:när laget tittade på den regionen igen cirka tre veckor senare, Det var borta.

Om vi ​​antar att all is hade förvandlats till gas, forskarna uppskattade att plåstret 80 m × 60 m innehöll cirka 57 kg koldioxid, motsvarande ett 9 cm tjockt lager. Dess närvaro på ytan är sannolikt ett isolerat sällsynt fall, med majoriteten av koldioxidis begränsad till djupare lager av kärnan.

Gianrico och hans medarbetare tror att den iskalla lappen går tillbaka några år, när kometen fortfarande befann sig i det kalla solsystemet i det yttre solsystemet och södra halvklotet upplevde sin långa vinter. Vid den tiden, en del av koldioxiden som fortfarande avgas från kärnans inre kondenseras på ytan, där det förblev fryst under en mycket lång tid, och förångades först när lokaltemperaturen äntligen steg igen i april 2015.

Detta avslöjar en säsongscykel av koldioxidis, som utspelar sig över kometens 6,5 års bana, i motsats till den dagliga cykeln för vattenis, upptäcktes också av VIRTIS strax efter Rosettas ankomst.

Intressant, kort efter att koldioxidisen försvunnit, Rosettas OSIRIS smalvinkelkamera upptäckte två ovanligt stora fläckar vattenis i samma område, mellan de södra regionerna Anhur och Bes.

"Vi hade redan sett många meterstora fläckar av exponerad vattenis i olika delar av kometen, men de nya upptäckterna är mycket större, som sträcker sig över 30 m × 40 m vardera, och de fortsatte i cirka 10 dagar innan de försvann helt, "säger Sonia Fornasier från LESIA – Observatoire de Paris och Université Paris Diderot, Frankrike, ledande forskare i studien med fokus på säsongsbetonade och dagliga ytfärgsvariationer.

Dessa isrika områden framstår som mycket ljusa delar av kometytan som reflekterar ljus som är blåare i färg jämfört med den rödare omgivningen. Forskare har experimenterat med blandningar av damm och vattenis för att visa att, när koncentrationen av is i dem ökar, det reflekterade ljuset blir gradvis blåare i färgen, tills den når en punkt där lika mycket ljus reflekteras i alla färger.

De två nyligen upptäckta fläckarna innehåller 20–30% vattenis blandat med mörkare material, bildar ett lager upp till 30 cm tjockt av fast is. En av dem lurade sannolikt under koldioxidisen som avslöjades av VIRTIS ungefär en månad innan.

"På global nivå, vi fann också att hela kometytan blev allt blåare i färg när den närmade sig solen och den intensiva aktiviteten lyfte bort stora mängder damm, avslöjar mer av den isrika terrängen under, "förklarar Sonia.

När kometen flyttade bort från solen, forskarna observerade att den övergripande färgen på kometytan gradvis blev rödare igen.

De avslöjade också lokala variationer av färg, indikerar den dagliga cykeln för vattenis. Snabbt förvandlas till vattenånga när den utsätts för solljus under den lokala dagtid, det kondenseras tillbaka till tunna lager av frost och is när temperaturen sjunker efter solnedgången, bara för att förångas igen nästa dag.

Fördelningen av vattenis under den dammiga ytan av kometen verkar bred men inte enhetligt spridd, med små fläckar som skiljer kärnan, visas och försvinner till följd av komets aktivitet.

Ibland, större och tjockare portioner av is avslöjas också, som går tillbaka till ett tidigare förhållningssätt till solen.

"Dessa två studier av kometens isiga innehåll avslöjar nya detaljer om kärnans sammansättning och historia, "säger Matt Taylor, ESA Rosetta projektvetare.

"Medan flygdelen av uppdraget nu är över, det vetenskapliga utnyttjandet av den enorma mängden data som samlats in av Rosetta fortsätter. "

"Säsongsexponering av koldioxidis på kärnan hos kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko" av G. Filacchione et al. och "Rosettas komet 67P/Churyumov-Gerasimenko tappar sin dammiga mantel för att avslöja dess isiga natur" av S. Fornasier et al. publiceras i tidningen Vetenskap .