Szivacsos szívű üstökösmagra vetnek fényt a Rosetta radarmérései

1652

Milyen szerkezetű a Rosetta-szonda üstökösének belseje? A Rosetta-program radarkísérleteiből meglepetésre az derült ki, hogy az üstökösmag belseje jóval porózusabb, mint a kis égitest felszíne.

Az Európai Űrügynökség (ESA) Rosetta űrszondája több mint két évig, 2014 nyarától 2016. szeptember 30-ig a 67P/Churyumov-Gerasimenko (röviden 67P) üstökös magját és annak közeli környezetét tanulmányozta részletesen. Ez alatt 2014. november 12-én, bár kalandos út után, de sikeresen leszállt az üstökösmag felszínére a Philae leszállóegység, és ott 63 órán át méréseket végzett.

A Philae leszállóegység és a Rosetta-szonda műszerei között volt egy fedélzeti radar is: a CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission ~ üstökösmag rádióhullám-terjedési kísérlet). A CONSERT radarja a Philae és a keringő egység által kibocsátott mintegy 3 méter hullámhosszúságú (90 MHz-es, azaz pl. Budapesten kb. ezen a frekvencián hallgatható a Jazzy rádió) rádióhullámok magon keresztüli terjedésének vizsgálatával végzi a mag tomográfiáját, amellyel meghatározható az üstökösmag belső szerkezete, és következtethetünk az összetételére is. Tehát mindkét CONSERT-egység radarjeleket tudott kibocsátani, fogni, és a két egység tudott radarral is egymással kommunikálni.

A Philae leszállóegységen a CONSERT-kísérlet radarantennája (balra) (ESA Rosetta/Philae)

Már a szonda első közeli felvételei megmutatták az üstökös igen szokatlan alakú magját, amely mintha egy nagyobb és egy kisebb testből állt volna össze: erre terjedt el a “gumikacsa” hasonlat. A két összetevőt egy elkeskenyedő nyaki rész választja el, mintha ott forrt volna össze két test az üstökösmag kialakulásakor. A Philae leszállóegység a mag kisebb összetevőjén szállt le, de a tervektől eltérően annak sötét oldalán egy mélyedésben. A zord, sötét leszállóhely ellenére a működése során kapott minden adatot maradéktalanul továbbította a Rosetta-szondára, ami aztán a Földre továbbsugározta azokat. (Egyébként a Philae központi adatgyűjtő egysége és szoftvere teljesen magyar fejlesztésű, és több műszere is magyar közreműködéssel készült.)

A fedélzeti radarok által kibocsátott rádióhullámok az üstökösmagon áthatoltak, és a mag túlsó oldalán a mag körül keringő Rosetta-szonda vagy a Philae CONSERT-antennája fogta fel azokat. A Philae leszállóegység és a Rosetta-szonda helyzetének ismeretében a radarjelek kibocsátását úgy időzítették, hogy azok az üstökösmag testén áthatoljanak, és a szonda vevője fel tudja fogni azokat. A radarkísérlet elvi vázlatát az alábbi ábra illusztrálja.

A 67P-üstökös gumikacsa alakú magjának kisebbik összetevőjére leszállt Philae leszállóegység és a radarjelei (“Main wavefront”) áthatoltak a mag testén. A szonda CONSERT-radarjeleit a Philae is képes volt fogni, azaz mindkét irányban működött az “átvilágítás” (ESA, Acta Astronautica, Rogez, Y., 2016)

Most a Rosetta radarkísérleteit francia kutatók elemezték Wlodek Kofman
(Grenoble Alps Egyetem), a Rosetta CONSERT-kísérlet vezető kutatója irányításával folytatott vizsgálatok során. Az eredmények a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóiratban jelentek meg.

A Philae leszállási helyének környezetét mutatja az alábbi kép, ahol az
üstökösmagba behatoltak a radarhullámok, és a mag egy másik felszíni helyén kilépve folytatták útjukat a Rosetta-szonda felé, illetve fordítva: a keringő egységtől a leszállóegység felé.

A radarhullámok kiindulási helye és terjedése a 67P-üstökös magjának felszíne alatt. A radarjelek a Philae leszállási helyéről indultak. Az üstökösmagon a helyi nappal végrehajtott mérési irányokat piros szín jelöli a felszínen, az éjszakai kísérletek radarsugarainak irányát pedig kék szín mutatja (Kofman és munkatársai, 2020)

A radarhullámok terjedéséből meg tudták állapítani, hogy azok milyen hosszú úton, milyen sűrűségű anyagon haladtak keresztül, illetve a felszíntől milyen mélyen vezetett az útjuk.

Az alábbi ábrán a radarhullámokat különböző színek jelölik aszerint, hogy milyen mélységben hatoltak át az üstökösmagon.

Különböző színek jelölik azt, hogy a Philae leszállóegységből (balra fent) kibocsátott radarjelek milyen mélységben hatoltak át az üstökösmagon: 120-150 méter (piros szín), 80 méter (sárga), 40-60 méter (zöld), 1-20 méter (kék szín árnyalatai), valamint a felszín legfelső rétegét jelentő 1 milliárdod méter (1 nanométer = 10 angström) (sötétkék). Az alsó térkép a radarjeleknek az üstökösmag felszíne alatti mélységét mutatja. A rádióvonalak a valóságban egyenesek, de az üstökösmag szabálytalan alakja, illetve változatos felszíni domborzata változó mélységet jelent. Továbbá speciális térképező vetítések is elgörbítik az egyeneseket (Kofman és munkatársai, 2020)

A radarjelek mintegy 250 és 1170 méter közötti távolságok között voltak az üstökösmagon belül, és a felszínközeli legfelső rétegektől kezdve kb. 150 méteres mélységig hatoltak le. A radarjelek elemzéséből az a meglepő eredmény adódott, hogy az üstökösmag felszínétől mintegy 25 méteres mélységig kevésbé porózus, vagyis tömörebb, mint attól mélyebben a test belsejében, ahol 73-76%-os a porozitás, ami nagyon porózus, szinte szivacsos szerkezetet jelent. Ez a nagy porozitás nem azt jelenti, hogy nagyobb üregek vannak az üstökösmag belsejében, hanem a jeges-poros szemcsék között az összes mikroszkopikus üreg térfogata jelentős az egybefüggő szilárd jeges-poros szemcseanyag térfogatához képest.

Az üstökösmag felső rétegének kevésbé porózus voltát a mag aktivitása során a kigázosodás, valamint a nagyobb porszemcsék és poros-jeges tömbök felszínre való visszahullása és összegyűlése okozhatja. Egyébként erre utal az is, hogy a Philae leszállásakor történt többszöri visszapattanás során volt olyan is, amelynek ütközési mechanikája elég kemény, összetömörödött jeges-poros anyagra utalt. Továbbá a Philae fúróberendezésének is nagyon kellett küzdenie a felszín kemény, kevésbé porózus anyagával. Ehhez képest a radarmérések szerint a felszíntől 25 méter alatt már az eredeti laza szerkezetű üstökösmag-anyag van, ami az üstökösmag képződése óta eltelt 4,6 milliárd év alatt lényegében változatlanul megőrződött a külső Naprendszerben. Ezért is érvényes, hogy az üstökösmagok, de főleg azok belseje őseredeti, vagyis őrzi a kialakulásuk idejéből fennmaradt ősi Naprendszer-anyagot és az akkor fennállt fizikai és kémiai állapotok lenyomatát. Így tehát az üstökösmagok “időkapszulák” a korai Naprendszerből.

Az alábbi képösszeállításon a Philae leszállóhelyén az üstökösmag felszíni
tömör, kevésbé porózus szerkezetét lehet megfigyelni.

A Philae leszállóhelye az üstökös kisebbik összetevőjén van (jobb felső kép). A Philae egy mélyedésben landolt, és az OSIRIS NAC (kislátószögű) kamerája nagy felbontású felvételén a leszállóegység teste és lábai is azonosíthatóak. A bal oldali képen látszik, hogy az üstökösmag felszíne durva, összetömörült, keményebb, kevésbé porózus (ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; ESA/Rosetta/ NavCam)

Az üstökösmag nagy belső porozitása a kialakulási folyamatokra ad majd korlátot, tehát a Naprendszer kialakulási modelljeinek az ilyen nagy belső porozitású kis égitestek formálódási mechanizmusát is meg kell tudni magyarázni. Eredményeivel az ilyen vizsgálatokhoz segített hozzá az egyedülálló Rosetta üstökösprogram.

A hír megjelenését a GINOP-2.3.2-15-2016-00003 “Kozmikus hatások és kockázatok” projekt támogatta.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás