Смена сезонов и времени суток на комете Чурюмова-Герасименко помогла исследователям объяснить появление «сухого» и водяного льда на ее поверхности. Статьи ученых, подробно описывающие происходящие на комете процессы, опубликованы в журнале Science (1, 2).
На комете Чурюмова-Герасименко, как и на Земле, происходит периодическая смена времен года. Однако если на нашей планете лето и зима в разных полушариях длятся примерно одинаково, то на комете Чурюмова-Герасименко лето в южном полушарии значительно короче лета в северном. Несоответствие между длительностью сезонов возникает из-за специфической гантелеобразной формы кометы и ее наклонной оси вращения. Период обращения небесного тела вокруг Солнца составляет около 6,5 года, при этом лето в северном полушарии длится 5,5 года, в то время как в южном полушарии в течение этого периода царит зима.
В 2014 году, когда космический аппарат «Розетта» вышел на орбиту кометы и приступил к выполнению научной программы, на южном полюсе все еще была длинная полярная ночь. Поскольку на эту часть небесного тела практически не попадал солнечный свет, ее изучение с помощью большинства приборов «Розетты» было затруднено. Однако в мае 2015 года на комете произошла смена сезонов, в южном полушарии наступило лето, и космическая станция приступила к его активному исследованию.
Полученные данные были использованы авторами новых статей для изучения льда на комете Чурюмова-Герасименко. Первая команда ученых исследовала водяной лед, существование которого было недавно подтверждено научной группой миссии «Розетта». В частности, астрономы анализировали изменение спектрального наклона ядра в тот период, когда комета приближалась к перигелию (ближайшей точке своей орбиты к Солнцу) и удалялась от него. Спектральный наклон позволяет судить о наличии льда на поверхности: в областях, богатых льдом, отраженный солнечный свет будет ярче в синей области спектра, в то время как покрытые пылью окрестности будут наоборот казаться «красноватыми».
Изучив снимки камеры NAC, установленной на борту «Розетты», исследователи заметили два необычно больших участка льда на территории между областью Анхур (Anhur) и Бес (Bes). Размер каждого из них достигал примерно 30×40 метров, что намного больше метровых «ледников», которые ученые видели раньше. Анализ состава обнаруженных участков, показал, что они на 20-30 процентов состоят из водяного льда, который перемешан с некоторым темным материалом. Оба «ледника» формировали слой толщиной около 30 сантиметров. Они присутствовали на снимках, сделанных камерой NAC, около 10 дней, после чего исчезли.
Исследователи также заметили, что по мере приближения к Солнцу яркость кометы Чурюмова-Герасименко на более коротких длинах волн (которые соответствуют голубому свету) увеличивалась. В то же время, когда небесное тело начинало удаляться, отраженный свет становился, наоборот, «краснее». По мнению ученых, это связано с тем, что при подлете к перигелию, когда активность кометы резко возрастает (и мы начинаем видеть ее хвост), она «сбрасывает» с себя верхний слой пыли, под которым скрывается лед.
Ученым удалось обнаружить не только сезонные, но и суточные циклы. Исследователи заметили, что в дневное время водный лед сублимирует, то есть переходит сразу в газообразное состояние, а ночью, когда температуры падают, он конденсируются на поверхности кометы и снова образует тонкий слой инея на поверхности.
Неподалеку от одного из водяных «ледников», найденных учеными, другая группа исследователей заметила на поверхности «сухой лед» (то есть лед, состоящий их диоксида углерода). По их словам, это первый случай обнаружения твердого диоксида углерода на поверхности кометы. «Мы знаем, что в состав комет входит диоксид углерода — он считается вторым по распространенности веществом в газовой оболочке комет после воды, однако найти его в твердом состоянии на поверхности очень трудно», — комментирует Джанрико Филаккьоне (Gianrico Filacchione), ведущий автор исследования.
Астрономы обнаружили небольшой участок на комете Чурюмова-Герасименко (примерно 80×60 метров), который состоял из смеси диоксида углерода, пыли и органических веществ. Он наблюдался в течение двух дней в марте 2015 года, после чего исчез. Расчеты исследователей показали, что в этой области могло находиться около 57 килограмм «сухого льда», который образовывал покров толщиной 9 сантиметров.
То, что твердый диоксид углерода оказался на поверхности, скорее исключение, чем правило, так как большая его часть скрыта в глубине ядра кометы. По мнению ученых, он мог образовать ледник, когда комета находилась во внешней части Солнечной системы, за поясом астероидов между Марсом и Юпитером, и в ее южном полушарии была зима. В этот период недра кометы еще сохраняли тепло, что позволяло диоксиду углерода испаряться, однако ее поверхность уже остыла, и из-за этого он перешел в твердое состояние, образовав слой «сухого льда».
Таким образом, двум группам ученых удалось независимо обнаружить сезонные и суточные циклы на комете Чурюмова-Герасименко, связанные с накоплением льда на поверхности. Оба исследования помогают лучше понять состав ядра комет и историю их формирования.
Космический аппарат «Розетта» завершил свою миссию в сентябре этого года. Всего он провел на орбите кометы более двух лет — почти треть от полного цикла небесного тела (6 лет и 7 месяцев). За это время аппарат успел собрать большой массив научных данных о составе газовой оболочки кометы, ее морфологии и геологии и внутреннем строении. Так, ученые выяснили, что комета является ровесницей Солнечной системы, а значит, хранит в себе информацию о том, в каких условиях возникали планеты. Кроме того, исследователи подтвердили наличие твердых высокомолекулярных органических веществ в ее пыли.