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コマの時間変動

2015-01-27 10:54:39 | 彗星探査機ロゼッタ
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67P / Churyumov-ゲラシメンコのコマにおける時間変動と異質
要約
彗星は、私たちの惑星系の最初から最高の保存状態の物質が含まれている。それらの核とコマ収差組成物は彗星が形成された初期の太陽系の間に物理的および化学的条件についての手がかりを明らかにする。ロゼッタ宇宙船オンボードROSINA(イオンと中性分析のためのロゼッタオービター分光計)は回転当たりのよくサンプリングされた時間分解能で彗星67P / Churyumov-ゲラシメンコのコマの組成を測定しています。測定は、多くの彗星回転周期と緯度の広い範囲にわたって行われた。水、一酸化炭素、及び二酸化炭素:これらの測定値は、主要なガス放出種における日内および場合によって季節的変動を有する異種の昏睡状態で組成物中に大きな変動を示す。これらの結果は、季節変動がちょうど彗星表面の下に温度差によって駆動されてもよい複雑なコマ核の関係を示している。

最初に、彗星は、それらが原始ディスクに形成された位置に応じて分類された(1、2)。この分類は、所与の形成領域内の核の類似の組成を仮定した。いいえ彗星核剤組成物は、その場でサンプリングされていない。むしろ、それは暗黙のうちに彗星のガス放出の測定は、核の揮発性成分の組成を明らかにしているものとする。しかし、少なくとも一つの彗星の組成均一性が壊れアップ彗星の断片からのガス放出を研究することによって確認したSchwassmann-Wachmann 3(3)。他の彗星のコマ収差の詳細な観察 ​​は、異質性の証拠があることを示した。ハレー彗星のミッションは、支配的核(の太陽に照らされた側に見られた複数のジェットのような機能で揮発性物質の放出を検出した4、5)。ディープインパクトの使命は、テンペル1(の昏睡状態で組成物中に非対称性を検出した6)。特に、テンペル1でのこれらのリモートセンシング観測は、Hとの間の相関関係がないことが示す2 OとCO 2昏睡中に。

詳細、クローズアップ彗星の画像も彗星の核の異なる領域間の目に見える違いを示したている。これらの画像は、彗星のコマ収差の不均一核の不均一性に関連する可能性があることを示唆した。近日点の近くに2010年にハートレイ2でEPOXI(外惑星観測とディープインパクト拡張調査)による観察は、色(で滑らかで軽いミドルウエスト領域で分離された2つの異なるサイズのローブと、核が複雑であることが示された7)。核の太陽に照らされた表面からのガス放出は、腰とローブの一つは非常に活発であることを明らかにした。CO 2腰がHで、よりアクティブであったのに対し、ソースは、彗星の小さな葉で検出された2 Oとかなり低いCO持っていた2コンテンツを。これらのコマの観察に基づいて、暫定的に彗星の核の不均一が原始たことが示唆されている(7)。観測はまた彗星(のための複雑な回転状態を示したので、季節的影響を除外することができなかった7)。2つのローブの小さい方が、このため、複雑な回転(の異なる方法で照らされている可能性があります7)。ハートレー2での調査結果を支持して、彗星タトルための異質核と異質昏睡の兆候がある(7、8)。

彗星のP81 /ワイルド2へスターダストミッションは、他の一方で、(彗星で、したがって、耐火材料の均質化されたミックスを粒のスケールで材料の大きな混合を示し、9)。ハートレー2時およびP81 /ワイルド2での結果がでcometesimalsの一般的な輸送を指すようになり昏睡状態で異質性が彗星では一般的な機能であり、これは核の組成物における基本的な不均一性を明らかにするかどうかかどうかの大きな問題を、上げる初期の太陽系。

8月には、欧州宇宙機関の使命ロゼッタは、10年の旅(後にその目標彗星67P / Churyumov-ゲラシメンコ(67P)に到着した10)。ロゼッタは近日点に彗星の太陽に面したアプローチの間に長期的な研究のための優れた機会を提供しています。ここで紹介するの観察は、太陽から約3.5天文単位での最初の出会いの近くから始まる2ヶ月の期間からである

ハートレー2のように、67Pの核の形状が複雑な表示されます。彗星の67Pは、ネック領域によって接続された大きさの異なる2つのローブ、から構成されています。ローブは、ネック領域より、はるかに大きいより頑丈な、と暗いし、全体的な形状は、ゴム製のアヒル(と比較されている11)。67Pとハートレー2の構造的類似性は、他の異種の彗星と、67Pで長時間観測のおかげで、昏睡状態と核内の不均一性が関連しているかどうかを判断する機会の可能性を示唆している。

ここでは、Hで組成変動を示し2 O、CO、及びCO 2を ROSINA / DFMS(ロゼッタ探査機用イオン分光分析及び中性/フォーカシングダブル質量分析計)で観察彗星67P(時12)。ROSINA / DFMSは(補足資料参照)宇宙船の位置でその場での中性及びプラズマ昏睡組成を計測する質量分析装置である。67Pにロゼッタのアプローチの際、ROSINA / DFMSは時間分解能(回転当たり> 10の測定値)〜12.4時間(の彗星の回転周期よりもはるかに細かいと中立コマの組成を測定した13)。8月には、宇宙船はほぼ90°(:クフシステム座標)まで約10℃から北の夏半球(正の緯度)で彗星をスキャンしました。9月には、宇宙船は約-50℃まで南の冬半球(負の緯度)で同じようなスキャンを行った。二つのデータセットが示されている図。1及び2は、彗星のコマ収差の日内変動と緯度との不均一性を説明するためのものである。


図1
H 2 O、COおよびCO 2、4〜8月、2014年の測定。
上のパネルは、HのためDFMS検出器の信号を示し2 O、CO、及びCO 2を、そして下のパネルは、宇宙船の天底視野の緯度と経度を示す。上部に彗星の宇宙船からの距離である。信号彗星までの距離の減少とともに増加し、日内変動も表示されます。CO 2は、 Hとは異なる周期性がある2 8月6日に約4見られるように、Oを。



図2
H 2 O、COおよびCO 2 15〜19月、2014年の測定。
この4日間にわたって、宇宙船は彗星からほぼ一定の距離で推移し、緯度-45℃に約0℃から南の緯度スキャンを実行する。H 2 O及びCO 2が異なる周期を有し、かつ深い極小がHである2 O信号。COは、CO、次の2バラツキの少ないプロファイルを。


このアプローチは、緯度スキャン中に、H 2 O、CO、及びCO 2約1 /と一致して、桁以上増加彗星からの信号R 2コマ密度の依存Rは距離である彗星の中心部から。全体的に、H 2 O信号が最強です。時COまたはCOしかし、期間が明確に存在する2信号のライバルHの2 O.

信号におけるこの一般的な増加に重畳すべて3中性種のための大規模な、日内変動である。Hの場合は2 O、これらの変動は、回転率(〜12.4時間)で8月6日の後に、その後彗星(〜6.2時間)との半回転速度、と最初は、周期的である。信号の周期の変化は、サンプリング位置の緯度効果として解釈されます。ピークは±90°経度で発生する。ほとんどの部分について、CO信号がH、以下の2 O信号が、変動が小さい。CO 2は、異なる周期性を示しています。最初に、CO 2のピークはHに関連して観察される2 Oのピーク、及び第二のCO 2のピークは、約3時間後に発生する。8月6日後、単一のCO 2のピークが観測される。しかし、このピークは、Hと正確に一致しない2 Oピーク。2 CO 2ピークはメインピークの肩とメインCOのわずかなシフトをもたらし、マージ2 Hのように、ピークの相対2 O(〜45分、または1つの測定点)。統計的不確実性(フォーミュラROSINA / DFMSで検出された信号では)のドットよりも小さい図。1の3のため宇宙船ガス放出(への信号に、と貢献14を)減算される。


図3
H 2 O、CO、及びCO 2 2014年9月18日のプロファイル。
Sunは、絵の上部中央から彗星に輝いている。H彗星ショーの宇宙船ビューのスナップショット2首領域が表示されているとき、Oのピークが観測される。独立したCO 2のピークとHの深い最小2宇宙船は、2つのローブの大きな見て、首部がブロックされたときにOが発生する。[形状モデルクレジット:OSIRISチームMPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDAのためのESA /ロゼッタ/ MPS]。


月に見られる彗星の半分の回転速度での日内変動も月の時間枠(南部緯度で観測される図2)。H 2 O中のピークは図。図3は、ほぼ等しく、2つのピークの間の深い最小値が存在する。最初のデータセットのように、COは、H、以下の2 Oを しかし、HよりもCOではるかに小さい変動が存在する2 Oは、CO信号がHのそれよりも大きい場合が、その結果、2 O. Hの間の差の最もよい例2 O及びCO 2がちょうど9月18日後に見られている(図2及び3)。ほぼ等しいH 2 OのピークとHの深い最小2明確な第二COとの間で相殺されるようにO信号は、明らかである2とH 2 Oのピーク。

私たちは、ピークが発生したときに(ビューにある彗星のどちら側説明するために信号と18から19月2014ウィンドウの上に宇宙船の視点を組み合わせている図3)。Hのピーク2彗星の首は宇宙船のビューにあるときOシグナルが観察される。Hの深い最小2宇宙船は、2つのローブの大きいの南半球を表示するとO信号が観測される。この大きな葉ブロック彗星の首の直視。別個の、第二CO 2宇宙船は彗星の2つのローブのより大きな本体の下側を見たときの増強が観察される。彗星の2回転中のCO信号は、CO、次の2プロファイルを、COとCO 2は非常によく似た強度を有する。

我々は、このデータ(の参照図1の3)67Pのコマ組成物が非常に不均一であること。H 2 O、CO、及びCO 2の変形が強く彗星の回転期間と観測緯度に接続されている。大きな負の緯度で、H 2 O信号は、少なくとも二桁(によって異なり図3)。また、H 2 Oの最小値は、より大きな葉の端に首領域のビューが(参照があるので宇宙船半ばと高い正の緯度にあるときほど深くはない図1および9月15日に観測における図2)。

独立したCO 2宇宙船は彗星の2つのローブの大きなの下を見たときのピークにも発生(参照図3を 5時間で)。COは、H、以下の2正の緯度でOを、両方のHは次の2 OとCO 2を負の緯度で。

別個のCO 2ピーク、Hで大きな変動2 O信号、およびHの相対濃度が大きく変化CO結果弱いバリエーション2 O、CO、及びCO 2 67Pの異種昏睡(補足を参照材料)。例えば、CO / H 2 O数密度比は0.13±0.07であり、CO 2 / H 2 O比は、最後のHで0.08±0.05である2 Oピーク8月7日に18時間目に示す。1(北の夏半球の高い測定)。しかし、CO / H 2 4±1に0.56±0.15からO比が変化して戻って第二彗星の回転中に0.38±0.15(図3)、12〜24時間の間に9月18日に、南の冬に低く測定された半球。同様に、CO 2 / H 2 O比8±2の0.67±0.15からの変更やバック0.39±0.15に同じ回転オーバー。これらは、強く不均一で時間変化するコマを示す短い時間内に大きな変化である。

核と67Pとハートレー2の異種のコマ収差の構造の類似性は顕著である。Hの面での挙動2 COに対して首のO支配的なガス放出2ここで説明するローブの1でガス放出も、ハートレー2のために見出された(7)。

ハートレー2昏睡における組成の違いは、異種彗星の核(の証拠と解釈された7)。しかし、季節的影響を除外することができませんでした。67Pでの緯度の広い範囲にわたって観測により、我々は、組成の違いや季節的影響を区別することができます。そうするために、我々は、COマッピングした2 / H 2形状モデル(上に9月22日を通じて8月17日からO密度比を図4)。

図4
COの各ペアの天底点2 / H 2年9月22日を経て8月17日からの時間にわたるO測定は、モデル表面にマッピングした。
マッピングは、彗星の2つのローブの大きい方の底辺のために示され、彗星の緯度は、この中でほぼ垂直に実行されます。階層化は、核の上にラスタ宇宙船によるものです。高い比率は、南半球の冬に難太陽に照らされている下部のた​​めに測定されます。[形状モデルクレジット:OSIRISチームMPS / UPD / LAM / IAA / SSO / INTA / UPM / DASP / IDAのためのESA /ロゼッタ/ MPS]。


彗星表面に昏睡状態で観察された信号の直接のマッピングが単純化されていますが、一般的な解釈は、彗星のガス放出の特徴を明らかにする。COに対する季節的影響2 / H 2 O比(明白である図4)。彗星の上半分には、CO 2 / H 2 O比は、Hの高い昇華示す、1より小さい2彗星に北半球の夏の間に複数の照明を受け取る正の緯度地域からOを。高いCOの幅広い地域2 / H 2 O比は冬半球で負の緯度、Hの深い極小の可能性が高い結果で発生する2 O信号(そのように示すような図3 9月18日に4時間目) 。彗星のこの冬半球はあまり日によって照明される 限られた照明で、核のこの領域は、首と小さい葉を含むその他の地域、よりかなり寒いかもしれません。核の表面に、下記温度はCO及びCO昇華するのに十分であり得る2を、水を昇華させるのに十分ではない。この領域の弱い、周期的な照明は、CO及びCOを駆動するのに十分であり得る2別々のCO及びCOの製造、昇華2ピーク(図3で18時間)。しかし、2 Hにおける組成非対称2 Oのピークは、同様の方法で説明することはできず、核の不均一のための最強の兆候かもしれない。彗星67Pの昏睡状態で強い不均質は、おそらく核上の季節的影響によって駆動される。しかし、COとCOの小さい変動2 Hと比較して2 Oは、COとCOことを示している可能性があります2 Hのに対し、氷が大きく深さから昇華させる2 O氷が原因で日光に表面に近いと経験より直接的な温度差を昇華。また、Hの間の全体的相関関係の欠如2 O、CO、及びCO 2は、核からのアウトガスが相関していないことを意味するか、またはCOおよびCO 2は、厳密にH内に埋め込 ​​まれていない2 O. テンペル1、材料は、層に見られ、上記のアイデア(サポートされていた15)。

要約すると、コマ組成物は彗星、高時間分解能及び組成ディテール緯度の広い範囲の多くの回転にわたって測定した。3つの分子の濃度は、彗星の回転周期的に変化すると強く異質昏睡を示している。ほとんどの場合、H 2 Oが支配するが、COおよびCO 2が常に昏睡状態に支配することができます。これらの観察はまた、コマ収差の実質的な日内及び緯度のバリエーションがあることを示している。Hのピーク2核のネック領域は宇宙船の視界から遮断されたときにO信号は、高い負の緯度深い極小と共に観察される。CO内の別のピーク2彗星の大きな葉の冬半球が宇宙船に直面しているときに信号が発生します。日周と緯度バリエーションが昏睡状態における組成の違いが季節的であってもよく、核内の異なる地下温度を示していることを示唆している。

さらなる観察は、核不均一性から季節の影響を区別することができる。彗星が太陽に接近するように、核の全体の温度が上昇し、季節の変化として、かなりのHの変化があってもよい2 O、CO、及びCO 2高電流COとガス放出、2 / H 2 Oに示す比領域図。4。また、実証することができ昇華温度の類似種の昇華の違いは、季節の変化とは無関係に核内に異質の延長。



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