De imponerande dammstrålarna som kometer sänder ut i rymden under sin resa runt solen drivs inte enbart av sublimeringen av fruset vatten. I vissa fall förstärker ytterligare processer utbrotten. Möjliga scenarier inkluderar utsläpp av trycksatt gas som lagras under ytan eller omvandling av en sorts fruset vatten till ett energimässigt gynnsammare. Detta är resultaten av en studie ledd av forskare från Max Planck Institute for Solar System Research som undersökte en dammstråle från Rosettas komet 67P/Chruyumov-Gerasimenko som inträffade förra året.
När solen gick upp över Imhotep-regionen på Rosettas komet den 3 juli, 2016, allt var precis rätt:När ytan värmdes och började avge damm i rymden, Rosettas bana ledde sonden rakt igenom molnet. På samma gång, vyn av det vetenskapliga kamerasystemet OSIRIS fokuserade av en slump just på ytområdet på kometen från vilken fontänen härstammar. Totalt fem instrument ombord på sonden kunde dokumentera utbrottet under de följande timmarna.
"Det här var en fantastisk lyckoträff. Det är omöjligt att planera något sådant här, " säger Jessica Agarwal från MPS, chef för studien. Trots allt, Dammutbrott uppstår vanligtvis utan föregående varning. Därför, de flesta händelser som denna som Rosetta bevittnade under sin mer än två år långa vistelse vid kometen, kunde bara spelas in med ett enda instrument på avstånd. I de sällsynta fall då Rosetta slumpmässigt flög genom dammstrålen, bilder av den avgörande platsen på kometens yta saknas. "Från de omfattande mätdata från den 3 juli, 2016, vi kunde rekonstruera framstegen och egenskaperna hos utbrottet så detaljerat som aldrig förr, säger Agarwal.
De två in-situ instrumenten GIADA (Grain Impact Analyzer and Dust Accumulator) och COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer) fångade individuella dammpartiklar från strålen och kunde bestämma hastigheter, storlekar och medeldensiteter för partiklarna. "Det här är första gången som COSIMA har kunnat hjälpa till att karakterisera en specifik dammstråle, " förklarar Sihane Merouane från MPS, medlem av COSIMA-teamet. Eftersom instrumentet ofta samlar partiklar i flera veckor, det är svårt att koppla dem till en viss händelse. COSIMA-data tyder på att partiklarna från strålen går sönder lättare än det annars infångade kometmaterialet. "De måste antingen vara väldigt snabba eller relativt löst byggda, " säger MPS-forskaren Martin Hilchenbach, Huvudutredare för COSIMA-teamet.
Dessutom, spektrografen Alice kunde spåra ökningen av ljusstyrkan på grund av dammutbrottet och upptäckte små ispartiklar i molnet. Till och med en av stjärnsensorerna från Rosetta, som tjänar till att bestämma rymdfarkostens position i rymden, bidrog med en pusselbit:Strax efter att utbrottet började, stjärnspåraren registrerade en ökning av strålningsintensiteten från kometkoman och registrerade hur detta utvecklades under de kommande timmarna.
"Den unika aspekten av händelsen den 3 juli, 2016 är de högupplösta bilderna av ytan, " säger MPS-forskaren Holger Sierks, OSIRIS huvudutredare. Forskarna gjorde ett cirkulärt område på cirka tio meter i diameter i en fördjupning som utgångspunkten för strålen. Som analysen av OSIRIS-data visar, detta område innehåller fruset vatten vid ytan.
I allmänhet, forskare antar att frusna gaser på en komets yta, som vatten, ansvarar för dammproduktionen. Under påverkan av solen, dessa ämnen går direkt in i det gasformiga tillståndet; gasen som strömmar ut i rymden drar med sig dammpartiklar och producerar sålunda de synliga strålarna. Ofta inträffar dessa strax efter soluppgången.
Dock, den aktuella studien visar att denna process ensam inte kan förklara händelsen den 3 juli, 2016. Med en dammproduktion på cirka 18 kilo per sekund, strålen är mycket "dammigare" än vad konventionella modeller förutspår. "En ytterligare energisk process måste vara på gång – energi måste ha frigjorts från under ytan för att stödja plymen, säger Agarwal.
Det är tänkbart, till exempel, att det under kometens yta finns håligheter fyllda med komprimerad gas. Vid soluppgången, strålningen börjar värma den överliggande ytan, sprickor utvecklas och gasen försvinner. Enligt en annan teori, avlagringar av amorf is under ytan spelar en avgörande roll. I denna typ av fruset vatten, de enskilda molekylerna är inte inriktade i en gitterliknande struktur, som är brukligt i fallet med kristallin is, men ordnade på ett mycket mer oordnat sätt. Eftersom det kristallina tillståndet är energetiskt gynnsammare, energi frigörs vid övergången från amorf till kristallin is. Energitillförsel genom solljus kan starta denna omvandling. Exakt vilken process som ägde rum den 3 juli förra året är fortfarande oklart.
