Immagine NavCam migliorata a fotogramma singolo scattata il 27 marzo 2016, quando Rosetta era a 329 km dal nucleo della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. La scala è di 28 m/pixel e l'immagine misura 28,7 km di diametro. Credito:ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0
Sentirsi stressato? Non sei solo. La missione Rosetta dell'ESA ha rivelato che lo stress geologico derivante dalla forma della cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko è stato un processo chiave nello scolpire la superficie e l'interno della cometa dopo la sua formazione.
Piccolo, comete ghiacciate con due lobi distinti sembrano essere comuni nel sistema solare, con una possibile modalità di formazione una lenta collisione di due oggetti primordiali nelle prime fasi della formazione circa 4,5 miliardi di anni fa. Un nuovo studio che utilizza i dati raccolti da Rosetta durante i suoi due anni alla cometa 67P/C-G ha illuminato i meccanismi che hanno contribuito a plasmare la cometa nei successivi miliardi di anni.
I ricercatori hanno utilizzato la modellazione dello stress e analisi tridimensionali delle immagini scattate dalla fotocamera OSIRIS ad alta risoluzione di Rosetta per sondare la superficie e l'interno della cometa.
"Abbiamo trovato reti di faglie e fratture che penetrano a 500 metri di profondità, e allungandosi per centinaia di metri, " afferma l'autore principale Christophe Matonti dell'Università di Aix-Marseille, Francia.
"Queste caratteristiche geologiche sono state create dallo sforzo di taglio, una forza meccanica spesso vista in gioco nei terremoti o nei ghiacciai sulla Terra e su altri pianeti terrestri, quando due corpi o blocchi si spingono e si muovono l'uno sull'altro in direzioni diverse. Questo è estremamente eccitante:rivela molto sulla forma della cometa, struttura interna, e come è cambiato e si è evoluto nel tempo."
Queste immagini mostrano come la cometa bilobata di Rosetta, 67P/Churyumov-Gerasimenko, è stata interessata da un processo geologico noto come sforzo di taglio meccanico. La forma della cometa è mostrata nei due diagrammi a sinistra dalle prospettive dall'alto e di lato, mentre i quattro fotogrammi a destra ingrandiscono la parte segnata dalla scatola nera sovrapposta (il "collo" della cometa). La freccia rossa indica lo stesso punto in entrambe le immagini, visto da una prospettiva diversa. Le due cornici centrali mostrano questa parte del collo ripresa dalla fotocamera OSIRIS di Rosetta, e utilizzato in un nuovo studio che esplora come la forma della cometa si è evoluta nel tempo. I due riquadri sulla destra evidenziano diverse caratteristiche della cometa usando queste immagini come sfondo. Le linee rosse tracciano schemi di frattura e faglia formati dallo sforzo di taglio, una forza meccanica spesso vista in gioco nei terremoti o nei ghiacciai sulla Terra e su altri pianeti terrestri. Ciò si verifica quando due corpi o blocchi si spingono e si muovono l'uno sull'altro in direzioni diverse, e si pensa che sia stato indotto qui dalla rotazione e dalla forma irregolare della cometa. I segni verdi indicano strati terrazzati. Crediti:ESA/Rosetta/MPS per OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; C. Matonti et al. (2019)
Il modello sviluppato dai ricercatori ha scoperto che lo stress da taglio raggiunge il picco al centro del "collo" della cometa, la parte più sottile della cometa che collega i due lobi.
"È come se il materiale in ogni emisfero si tirasse e si allontanasse, contorcendo la parte centrale – il collo – e assottigliandola tramite la conseguente erosione meccanica, " spiega il coautore Olivier Groussin, anche dell'Università di Aix-Marseille, Francia.
"Pensiamo che questo effetto sia nato originariamente a causa della rotazione della cometa combinata con la sua forma asimmetrica iniziale. Una coppia si è formata nel punto in cui il collo e la "testa" si incontrano mentre questi elementi sporgenti ruotano attorno al centro di gravità della cometa".
Le osservazioni suggeriscono che lo sforzo di taglio ha agito globalmente sulla cometa e, in modo cruciale, intorno al suo collo. Il fatto che le fratture possano propagarsi così profondamente nel 67P/C-G conferma anche che il materiale che costituisce l'interno della cometa è fragile, qualcosa che prima non era chiaro.
"Nessuna delle nostre osservazioni può essere spiegata da processi termici, " aggiunge il coautore Nick Attree dell'Università di Stirling, UK. "Hanno senso solo se consideriamo uno sforzo di taglio che agisce sull'intera cometa e specialmente intorno al suo collo, deformandolo, danneggiandolo e fratturandolo per miliardi di anni".
Questo diagramma illustra l'evoluzione della cometa bilobata di Rosetta, 67P/Churyumov-Gerasimenko, negli ultimi 4,5 miliardi di anni. Credito:C. Matonti et al (2019)
sublimazione, il processo dei ghiacci che si trasformano in vapore e che la polvere di cometa viene trascinata nello spazio, è un altro processo ben noto che può influenzare l'aspetto di una cometa nel tempo. In particolare, quando una cometa passa più vicino al Sole, it warms up and loses its ices more rapidly – perhaps best visualised in some of the dramatic outbursts captured by Rosetta during its time at Comet 67P/C–G.
The new results shed light on how dual-lobe comets have evolved over time.
Comets are thought to have formed in the earliest days of the solar system, and are stored in vast clouds at its outer edges before beginning their journey inwards. It would have been during this initial 'building' phase of the solar system that 67P/C-G got its initial shape.
The new study indicates that, even at large distances from the Sun, shear stress would then act over a timescale of billions of years following formation, while sublimation erosion takes over on shorter million-year timescales to continue shaping the comet's structure – especially in the neck region that was already weakened by shear stress.
Excitingly, NASA's New Horizons probe recently returned images from its flyby of Ultima Thule, a trans-Neptunian object located in the Kuiper belt, a reservoir of comets and other minor bodies at the outskirts of the solar system.
First impressions of the Kuiper Belt object Ultima Thule (left) revealed a surprisingly familiar appearance to the comet that ESA's Rosetta spacecraft explored for more than two years (right). Credit:Left:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute; right:ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0
The data revealed that this object also has a dual-lobed shape, even though somewhat flattened with respect to Rosetta's comet.
"The similarities in shape are promising, but the same stress structures don't seem to be apparent in Ultima Thule, " comments Christophe.
As more detailed images are returned and analysed, time will tell if it has experienced a similar history to 67P/C-G or not.
"Comets are crucial tools for learning more about the formation and evolution of the solar system, " says Matt Taylor, ESA's Rosetta Project Scientist.
"We've only explored a handful of comets with spacecraft, and 67P is by far the one we've seen in most detail. Rosetta is revealing so much about these mysterious icy visitors and with the latest result we can study the outer edges and earliest days of the solar system in a way we've never been able to do before."
