I nuclei delle comete sono corpi celesti costituiti da una miscela di polvere e ghiaccio; quando si avvicinano al perielio lungo le loro orbite fortemente eccentriche, la luce solare li riscalda e il ghiaccio contenuto in essi - soprattutto acqua, ma anche altre sostanze "volatili'' come monossido e biossido di carbonio - si trasforma direttamente in gas (sublimazione), trascinando con sè anche i grani di polvere e formando la chioma e la coda della cometa. Una caratteristica fondamentale che gli scienziati di Rosetta stanno studiando è il modo in cui l'attività sulla cometa e il "degassamento" si svolgono; essi hanno identificato una particolare regione sulla superficie della cometa, dove il ghiaccio d'acqua appare e scompare in sincronia con il periodo di rotazione. I loro risultati sono pubblicati oggi sulla rivista Nature.
L'immagine in apertura mostra le mappe di abbondanza del ghiaccio d'acqua in superficie e la temperatura superficiale nella regione Hapi, la regione più attiva sulla cometa, situata nel "collo" che separa i due lobi della cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. Queste mappe sono basate su immagini e spettri raccolti con il "Visible InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer" (VIRTIS) di Rosetta, strumento realizzato in Italia. Le riprese si riferiscono alle date del 12 (in alto), 13 (centro) e 14 settembre (in basso) del 2014; tra le prime due è avvenuta una singola rotazione cometaria mentre le altre due sono separate da due rotazioni. La mappa dell'abbondanza di ghiaccio si basa sulle immagini VIRTIS nel rosso (0.7 micron) e sugli spettri infrarossi, combinati con modelli sul materiale di superficie e in prossimità della superficie. Gli spettri infrarossi scattati in condizioni di scarsa illuminazione mostrano un forte abbassamento tra 2,7 e 3,6 micron, tipico assorbimento causato da ghiaccio d'acqua sulla superficie. Confrontando le due serie di mappe, gli scienziati hanno scoperto che, specialmente sul lato sinistro di ciascun fotogramma, il ghiaccio d'acqua è più abbondante sulle zone fredde (aree bianche nelle mappe abbondanza ghiaccio di acqua e rosso scuro nelle mappe di temperatura), mentre è meno abbondante o assente sulle zone più calde (aree blu scuro a sinistra e bianche a destra). Inoltre, l'acqua ghiacciata è stata rilevata solo su zone della superficie quando queste erano in ombra.
Qui sotto, la corrispondente sequenza ripresa da VIRTIS nel visibile, prima delle elaborazioni. Si vede come, a causa della complessa geometria, le condizioni di illuminazione varino da punto a punto [in realtà, da questa sequenza si intuisce che la seconda mappa "termica" riportata nella immagine di apertura è sbagliata poichè è una replica della terza immagine in basso].
Le immagini VIRTIS registrate a una lunghezza d'onda di 0.7 μm - Copyright: ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS/OBS DE PARIS-LESIA/DLR; M.C. De Sanctis et al (2015)
"Abbiamo scoperto un meccanismo che riempie la superficie della cometa con ghiaccio fresco ad ogni rotazione: questo la mantiene 'viva'", dice Maria Cristina De Sanctis dell' INAF-IAPS di Roma, autrice principale dello studio. Il team ha studiato una serie di dati presi nel settembre del 2014, concentrandosi su una regione di 1 km2 sul collo della cometa. A quel tempo, la cometa era a circa 500 milioni di km dal Sole e il collo era una delle zone più attive. Durante la rotazione cometa, che dura poco più di 12 ore, le varie regioni ricevono differenti livelli di illuminazione; "Abbiamo visto la firma del ghiaccio d'acqua negli spettri della regione ma solo quando alcune porzioni sono andate in ombra", dice Maria Cristina. "Al contrario, quando il sole splendeva su quelle regioni, il ghiaccio era scomparso. Ciò indica un comportamento ciclico del ghiaccio d'acqua durante ogni rotazione della cometa". L'immagine seguente mostra il ciclo in questione, con il ghiaccio che sublima a partire dalla superficie (dove si è congelato la sera prima, appena affiorato dagli strati ancora caldi sotto la superficie):
"Sospettavamo che esistesse un comportamento di questo tipo nelle comete, grazie a modelli teorici e agli indizi raccolti dalle osservazioni di altre comete; ora, grazie alle osservazioni così prolungate e dettagliate della cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko effettuate dalla missione Rosetta, finalmente abbiamo la prova osservativa che le cose stanno proprio così" sottolinea Fabrizio Capaccioni, dell'Inaf-Iaps di Roma, responsabile scientifico dello spettrometro Virtis. Di seguito, tre spettri infrarossi ripresi dallo strumento in tre diverse regioni, con la suddetta "firma" del ghiaccio d'acqua:
La curva in nero è lo spettro di una regione ben illuminata dal Sole, quello blu è relativo a una regione in ombra mentre quello rosso rappresenta una situazione intermedia. E' evidente come l'assorbimento caratteristico del ghiaccio d'acqua, tra 2.7 e 3.6μm, sia marcato nella regione in ombra e pressochè assente in quella illuminata, dove evidentemente il ghiaccio è già sublimato diventando gas. Grazie a questi dati, è possibile anche stimare l'abbondanza relativa del ghiaccio d'acqua che, per lo meno nei primi cm più superficiali, risulta del 10-15% e appare anche ben amalgamato con il restante materiale.
Lo strumento VIRTIS è stato realizzato da un consorzio internazionale italo-franco-tedesco sotto la responsabilità dell'Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali dell'Inaf e con il contributo italiano finanziato dall'Agenzia Spaziale Italiana. Per Enrico Flamini, scienziato capo dell'Agenzia Spaziale Italiana, "questa evidenza del ciclo dell'acqua su una cometa è una scoperta scientifica rilevante ed è una ulteriore conferma delle qualità uniche degli spettrometri a immagini come VIRTIS impiegati nell'esplorazione planetaria". "Questi strumenti -aggiunge Flamini- rappresentano oggi una eccellenza italiana che l'ASI è orgogliosa di aver realizzato, con l'Industria nazionale, e aver messo a disposizione del Principal Investigator e del suo davvero eccellente team scientifico". La produzione di VIRTIS e la sua consegna all'ESA è stata gestita dall'Agenzia Spaziale Italiana attraverso il Prime Contractor Selex-Es, integrando i contributi del "Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique" dell' Osservatorio di Parigi con finanziamenti del CNES francese e dell' "Institut für lanetenforschung" del DLR tedesco.
Riferimenti:
- http://blogs.esa.int/rosetta/2015/09/23/rosetta-reveals-comets-water-ice-cycle/
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