Чибис-М

Пыль и гравий в коме кометы Чурюмова-Герасименко

Категория: Малые тела, Технологии

23 января 2015 года вышел 347 номер журнала Science, посвященный последним результатам миссии «Розетта». Среди интереснейших работ, вошедших в номер – статья Алессандры Ротунди с коллегами, посвященная изучению твердых частиц в окрестностях кометы Чурюмова-Герасименко с помощью инструмента GIADA.

Владислава Ананьева

Инструмент GIADA (Grain Impact Analyzer and Dust Accumulator) предназначен для изучения пыли и более крупных частиц в коме кометы Чурюмова-Герасименко. Инструмент включает в себя три прибора: систему обнаружения частиц GDS, которая фиксирует частицы, пролетающие через лазерный луч, датчик столкновений IS, измеряющий импульс частицы в момент ее соударения с пластиной, соединенной с пятью пьезоэлектрическими датчиками, и систему микробаланса MBS, состоящую из пяти кварцевых пластин и измеряющую совокупный поток мелких частиц размером менее 10 мкм. GDS измеряет скорость частицы и направление, откуда она прилетела, IS измеряет импульс частицы, что в совокупности с данными GDS позволяет определить ее массу и скорость. 

GIADA начала научные наблюдения 18 июля 2014 года, когда расстояние между кометой и Солнцем составило 3.7 а.е. Первая частица была обнаружена 1 августа, когда до ядра кометы было 814 км. Следующие 3 частицы были пойманы на расстоянии 603, 286 и 179 км от ядра. После выхода «Розетты» на орбиту вокруг ядра датчиком соударений было зафиксировано 19 пылинок (с расстояния от 90 до 30 км), 7 частиц было обнаружено прибором GDS. 9 частиц были исследованы одновременно GDS и IS, что позволило определить их массы, скорости, и получить нижний предел на среднюю плотность (в предположении частиц сферической формы). Скорости частиц лежали в диапазоне от 2.6 до 4.7 м/сек, массы – в диапазоне от 5.3·10^-10 кг до 8·10^-8 кг, средняя плотность частиц оказалась не ниже 1.9 ± 1.1 г/куб.см. Размеры и средняя плотность пылинок согласуются с размерами и плотностью межпланетной пыли, большая часть которой имеет кометное происхождение.

Чтобы оценить отношение массы пыли к массе газа, испускаемых кометой, исследователи сравнили свои оценки темпов потери пыли ядром кометы Чурюмова-Герасименко с оценками темпов потери воды, полученными по данным инструмента MIRO. На расстоянии 3.5 а.е. от Солнца ядро теряло воду со средним темпом 1.2 кг в секунду, причем вариации этого значения достигали 50%. 

Чтобы оценить полное количество пыли, Ротунди с коллегами воспользовалась снимками камеры высокого разрешения OSIRIS, сделанными 4 августа 2014 года с расстояния 275 км от ядра. На снимках было зафиксировано 350 частиц, гравитационно связанных с ядром кометы (вращающихся вокруг него), и 48 «быстрых» частиц, выброшенных примерно за сутки до момента съемки и имеющих размеры более 17 мм. Средняя скорость «быстрых» частиц составила 3.5 м/сек (хотя скорости отдельных камней варьировались от 1 м/сек до превышающих 9 м/сек). Никаких корреляций между скоростью и размерами отдельных гранул обнаружено не было.

Радиус сферы Хилла ядра кометы Чурюмова-Герасименко составляет 318 км. Размеры частиц, гравитационно связанных с ядром, меняются от 4 см до 2 м. Интересно, что облако этих частиц примерно изотропно и, по-видимому, существует уже несколько лет (возможно, с момента прошлого возвращения кометы к Солнцу). Дальнейшее усиление дегазации кометы в связи с увеличением освещенности должно возмущать орбиты связанных частиц и привести к постепенному рассеянию этого облака в течение нескольких месяцев. 

Интересно также, что оба семейства частиц («быстрых» и гравитационно связанных) пространственно разделены. «Убегающие» частицы не фиксировались дальше 20 км от космического аппарата, а «связанные» – ближе 130 км. По оценкам исследователей, пространственная плотность «связанных» частиц примерно в 100 раз меньше «убегающих». 

Чтобы оценить темпы потери массы ядра кометы за счет пыли и более крупных гранул, исследователи провели расчет для двух вариантов средней плотности частиц – 1 и 3 г/куб.см. В первом случае основной поток массы создавался частицами массой 0.01-1 граммов (2.7 кг/сек) с добавлением более крупных камней массой 1-10 г (еще 0.9 кг/сек), в то время как поток массы, создаваемый мелкой пылью, гораздо ниже (~0.18 кг/сек). Во втором случае основной поток массы (3 кг/сек) создавался именно крупными частицами массой 1-10 г. Почти столько же (3.1 кг/сек) дают частицы помельче (массой 0.01-1 г), а потоком массы мелкой пыли практически можно пренебречь (она дает менее 0.18 кг/сек). Экстраполируя на все размеры частиц, Ротунди с коллегами нашли, что на расстояниях от 3.4 до 3.6 а.е. от Солнца комета Чурюмова-Герасименко ежесекундно теряла 7 ± 1 кг каменного материала в виде пыли и более крупных гранул.

Теперь можно оценить и отношение темпов потери массы пыли к массе газа. Если в качестве газа учитывать только водяной пар, это отношение составит 6 ± 2. Однако если учесть также угарный и углекислый газ, полная масса которых в совокупности может достигать 50% от массы водяного пара, то это отношение уменьшится до 4 ± 2.

Ожидается, что в момент прохождения перигелия комета начнет терять глыбы размером в несколько метров, а отношение массы теряемых пыли и газа упадет до ~3.

---