Az üstökösmag alakja

A Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magjának kialakításában fontos szerepet játszott a mechanikai feszültség.

Úgy tűnik, gyakoriak a Naprendszerben a két megkülönböztethető, de összeforrott darabból álló apró égitestek, amilyen például a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magja. Feltételezések szerint az ilyen égitestek a Naprendszer történetének korai szakaszában, mintegy 4,5 milliárd évvel ezelőtt két ősi objektum kis relatív sebességű ütközése folytán alakultak ki. A mag körül két évig keringő Rosetta szonda adatainak elemzése fényt derített arra a mechanizmusra, amely az elkövetkező évmilliárdok alatt az égitestet alakította.

A Rosetta szonda navigációs kamerájának felvétele a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magjáról, 2016. március 27-én, 329 km távolságból. (Kép: ESA / Rosetta / NavCam – CC BY-SA IGO 3.0)

A kutatók az ESA szondáján dolgozó OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) kamera nagy felbontású felvételeinek háromdimenziós elemzését elvégezve olyan vetődéseket és töréseket találtak, amelyek 500 méter mélységig hatolnak az égitest anyagába, hosszuk pedig több száz méter. Az alakzatokat nyírófeszültség hozta létre, vagyis ugyanaz a hatás, amelyik a Földön az egymás mellett elcsúszó kéreglemezeknél földrengést vált ki, de a gleccserek folyásánál is fellép. A felismerés sokat elárul arról, miként változott az idő múlásával az üstökös alakja és belső szerkezete. A kutatók által kidolgozott modell szerint a nyírófeszültség az üstökösmag „nyakánál” maximális, vagyis ott, ahol a két lebeny érintkezik egymással. Az eredményeket ismertető szakcikk a Nature Geoscience folyóiratban jelent meg.

A Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magját a nyírófeszültség alakíthatta. Az üstökös magjának nyaki részéről készült nagy felbontású felvételeken azonosították a vetődéseket és repedéseket (piros vonalak), illetve az anyag földi gleccserekhez hasonló „folyása” következtében kialakult teraszokat (zöld). (Kép: ESA / Rosetta / MPS for OSIRIS Team MPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDA; C. Matonti et al. 2019)

Úgy látszik, mintha a két „félgömb” mindegyike maga felé vonta volna az anyagot, aminek következtében a nyaki résznél a mechanikai erózió torzította az égitest alakját, és elvékonyította a nyakat. Feltételezésük szerint az eredetileg aszimmetrikus alakú égitest forgása miatt lépett fel ez a torzító hatás. Amint a kiálló részek elfordulnak az üstökös tömegközéppontja körül, forgatónyomaték lép fel. A megfigyelések szerint a nyírófeszültség az üstökösön mindenütt fellépett, de csak a nyaki részen vált kritikus jelentőségűvé. Az a körülmény, hogy a repedések ilyen mélyre hatolnak az üstökösmag belsejébe, alátámasztja, hogy a mag belsejét alkotó anyag rideg, törékeny, ami eddig nem volt egyértelmű. Azt is megállapították, hogy a megfigyelt alakzatok létrejötte nem magyarázható termikus folyamatokkal, csak a nyírófeszültség hatásával.

A Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magja alakjának változása 4,5 milliárd éves története során. A mag két test kis relatív sebességű ütközése eredményeképpen jött létre. Története nagyobb részében a Naprendszer hideg zónájában keringett, ahol a szabálytalan test forgása következtében nyíróerők léptek fel, az így kialakuló mechanikai erózió alakította a felszínét. Miután az üstökösmag bekerült a Naprendszer belső térségébe, a szublimáció következtében fellépő erózió vált dominánssá. (Kép: C. Matonti et al. 2019)

Az üstökösmag formázásában egy másik folyamat is szerepet játszik: a szublimáció. Az elpárolgó jég ugyanis a mag testéből porszemeket sodor magával a világűrbe, ami hozzájárul a mag alakjának fejlődéséhez. A folyamat elsősorban napközelben jelentős, amikor a jég nagyobb mennyiségben szublimál, alkalmanként látványos kitörések formájában, amint azt a Rosetta megörökítette.

Az is nyilvánvaló, hogy a két folyamat közül a Naptól távol keletkező és életük nagyobb részében a hideg környezetben tartózkodó üstökösmagok alakításában kezdetben – évmilliárdos időskálán – csak a nyírófeszültség jut szóhoz. Amikor az üstökösmag bekerül a Naprendszer belső térségébe, akkor – évmilliós időskálán – válik jelentőssé a szublimáció okozta erózió, méghozzá elsősorban a nyaki részen, ahol a nyírófeszültség már elvékonyította a testet.

Izgalmas, hogy a NASA New Horizons szondája nemrég hasonló alakúnak találta az Ultima Thule Kuiper-övbeli kisbolygót), bár a kutatók véleménye szerint az Ultima Thule esetében nem nyilvánvalóak a feszültség okozta hatások. A kérdés eldöntésére akkor kerülhet sor, ha az Ultima Thuléről készített összes kép és minden mérési adat (jövő őszre) rendelkezésre áll.

Meglepő a hasonlóság az Ultima Thule (balra) és a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magjának (jobbra) alakja között. Az Ultima Thule körülbelül 34 km hosszú, két lebenye 19,5 km, illetve 14,2 km átmérőjű. A Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magja sokkal kisebb, a két lebeny csak 4,1 x 3,3 x 1,8 km and 2,6 x 2,3 x 1,8 km kiterjedésű. (Kép: balra: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute; jobbra: ESA / Rosetta / NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0)

Kapcsolódó cikkek:
Lapított hóember
Ultima Thule: még részletesebb kép
Az első részletes képek a „világ végéről”
Teljessé vált a Rosetta képarchívuma
Visszatekintés a Rosettára (1. rész)
Visszatekintés a Rosettára (2. rész)
Visszatekintés a Rosettára (3. rész)

Kapcsolódó linkek:
Nyírófeszültség alakíthatta a Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magjának alakját (ESA)