67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の表面におけるピットの進化

チュリュモフゲラシメンコ彗星が近日点通過するたびに揮発性物質が昇華して彗星核表面の穴が変化していく。以下、機械翻訳。
67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の表面におけるピットの進化
2022年10月26日提出
概要
環境。彗星の表面にあるピットの観察は、彗星活動を通じて核を形成する性質とメカニズムを垣間見る機会を提供します。これらのピットの起源がまだ議論されている場合、複数の研究が
最近、既知の相転移 (揮発性昇華や非晶質水氷結晶化など) だけでは不可能であることが示唆されました
67P/Churyumov-Gerasimenko (以下、67P) の表面にこれらの形態学的特徴を刻みました。
ねらい。彗星活動による 67P の表面の漸進的な変化がどのように影響したかを理解したい
ピットとアルコーブの特徴。特に、これらの形成メカニズムの特徴がどのようなものであるかを理解することを目指しています。
表面の形態学的特徴はまだ識別できます。
メソッド。現在観測されている軌道に到着してから 67P の表面で持続した浸食の量を定量化するために、
核の中解像度形状モデルの 380 ファセット。表面全体で 30 のピットとアルコーブをサンプリングします。を計算しました
シャドーイングと自己発熱の寄与を含む、高い時間分解能を持つ表面エネルギーバランス。次に、サーマルを適用しました
現在の照明条件下で10回の軌道回転後に持続する浸食の量を評価する進化モデル。
結果。 10回の軌道回転後に持続する最大侵食は、
南半球。このように、局部侵食はそれらよりもはるかに低いため、進行性侵食はピットやアルコーブを形成できないことを確認します。
観察された深さと直径。私たちは、特に最も深い窪地の場合、高原は底よりも侵食される傾向があることを発見しました。
いくつかの差別的な侵食は、それらの形態に影響を与える可能性があります。原則として、私たちの結果は、シャープな形態学的特徴は次の傾向があることを示唆しています
プログレッシブ侵食によって消去されます。
結論。この研究は、Seth_01 などの深い円形のピットが最も処理されていない形態であるという仮定をサポートしています。
67P の表面の特徴、またはその形成以来最もよく保存されています。
キーワード。彗星: 一般 – 彗星: 個別: 67P/チュリュモフ-ゲラシメンコ – 方法: 数値


図 1: OSIRIS/NAC からのセス領域の一部の画像
私たちが研究しているくぼみのタイプを示しています：ピットと
アルコーブ (半分の円形ピット、Vincent et al. 2015)。


図 2: 30 のピットの研究のために選択されたファセットの表示。 上: 67P の表面のファセットの位置。 形状モデル
提示されているのは、表面エネルギーの計算に使用される 124,938 個のファセットで構成される SPG モデル (Preusker et al. 2017) です。
下: 67P の 2D マップ上のファセットの位置。
1200万面。


図 3: 初期パラメータの影響と対応するエネルギーの研究のために選択されたピット。 A: ピット 5 の位置、および
台地、壁、底でサンプリングされたファセット。 B: エネルギー
1 つの完全な軌道で 15 面で受信され、平均
毎日の期間ウィンドウ。 灰色の線は近日点を示しています。 子：
1 つの軌道 (左) で統合されたエネルギーの総量と
近日点で到達した最大値 (右)。


図 4: 10 回の完全な回転中に持続する進行性侵食
67P の現在の軌道上、ピット 5 のすべてのファセット、および の 3 つの値
気孔率: 60% (青)、70% (赤)、および 80% (緑)。 垂直
線と数字は遠日点に対応しています。


図 5: ピット 5 の各ファセットの 10 軌道回転後に持続する浸食、および異なる気孔率の値: 60% (A)、70% (B)、および
80% (C)


図 6: 10 回の完全な回転中に持続する進行性侵食
67P の現在の軌道上、ピット 5 のすべてのファセット、および の 3 つの値
ほこりと氷の質量比: 0.5 (青)、1 (赤)、および 2 (緑)。
縦線は遠日点通過に対応します。

5. ディスカッション
5.1.ローカルおよびグローバル シェイプ エフェクト
私たちの結果は、局所的な地形と複合体が
核の全体的な形状は、エネルギーにかなりの影響を与える可能性があります
表面でのバランス (セクション 4.2)。これは特に次の場合に当てはまります。
特定のピットのさまざまな側面を考慮します。その結果、一部
ピットの壁と底は、対応する露出した台地ほど日射が容易に届かないため、
これらの形態学的特徴の内部の活動 詳細
難しい。したがって、次の影響を考慮する必要があります。
これらの不況の規模でのシャドーイングと自己発熱の両方。これらのプロセスは、67P のスケールでも重要です。
核、その特定の二葉状の形状が首につながるため
この地域は、北半球の日中に非常に陰になっています。その間
自己発熱は、直接加熱と比較してほとんど無視できることがわかっています。
私たちが調査したほとんどのファセットの日射量は、場合によっては重要なエネルギー源になる可能性があり、特にピットの底や
直射日光が当たらない首周り。の
そのような場所では、局所的なエネルギー収支への自己発熱の寄与は最大 60% に達する可能性があります。これらの結果は一貫しています
以前の研究で。たとえば、ケラーら。 (2015) 示した
自己発熱は、受信した総エネルギーの 50% に達する可能性があります。
首の部分の一部。マッチャー等。 （2019）も示した
それは、自己発熱の平均的な寄与が
彼らが調査した地域は、直接日射量の 1% であると評価されました。
日射。これらの場所では、直接日射の寄与。の重要な貢献
自己加熱は、Tosi らによっても強調されました。 (2019) から高空間解像度 (<15m) で温度マップを導出するため
可視赤外線熱画像分光計 (VIRTIS M) データ。前述の研究は、67P の形状モデルのさまざまな解像度を使用して実行されました。これは、影と自己発熱がすべてのスケールで重要であることを示唆しています。したがって、私たちの
結果は、空間解像度の選択にあまり敏感ではありません
形状モデルの場合: 125k ファセット形状モデルを使用し、
ファセットのノード間の平均距離は約 20 m (マーシャル
ら。 2018) により、小さいファセットが必要な場合に必要な計算時間を増やすことなく、形態学的特徴をサンプリングできます。
選ばれました。でのエネルギー収支に関する全体的な詳細な知識
したがって、ローカルスケールでの表面は、定量化するための必要条件です
の進化に対する熱誘起プロセスの影響
彗星の表面。ただし、以下で説明するように、表面の進化を理解するには十分ではありません。
エネルギー入力は、相転移と浸食に変換されません
簡単な方法で。
5.2.不均一性
現在の照明条件では、次のような特徴を持つ深い円形のピットの形成
ロゼッタが観測。昇華による侵食が最も効果的な南部地域では、侵食は 80 m に達します。
最高です（図14）。ここで、熱進化モデルで使用される初期パラメーターの選択がどのように影響するかについて説明します
この結果。たとえば、気孔率が増加する可能性があります。
最もエネルギーを受け取るファセットでは 50% もの浸食が発生します (セクション 3.1)。ただし、最上層のバルク材料の気孔率は
75% (Ciarletti et al. 2015)。粉塵と氷の質量比の増加
シミュレーション結果 (セクション 3.2) で同様の効果がありましたが、これは実際には、組成自体よりも結果として生じる熱伝導率の増加によるものであることがわかりました。
したがって、組成または熱物理特性の局所的な変動も、さまざまな量の局所侵食を誘発する可能性があります。
そのような局所的な不均一性は、67P の表面で実際に確認されており、空間スケールは数十メートルであり、時には揮発性の氷 (例えば、フィラッキオーネ) の局所的な露出と関連しています。
ら。 2016;フォルナジエ等。 2016)。世界規模での違い
小さな葉と大きな葉の間はから推測されています
機械的特性のばらつき (El-Maarry et al. 2016)、そして身体的特徴。たとえば、小さな葉には
より大きな鳥肌の特徴、より少ない形態学的変化、およびビッグ ローブ (Fornasier) よりも頻度が低く、小さい霜の領域
ら。 2021年）。これらから、著者らは、小さな葉がビッグローブよりも揮発性成分が少ない可能性があります。その代わり、
初期パラメータの均一なセットを適用することにしました。したがって、私たちの
核の実際の不均一性を考慮した場合、侵食率は異なる可能性があります。シミュレーション結果に基づく
セクションでこの初期パラメータのセットを選択するために実行されます。 3、私たちは
最終的な浸食が約 20% 変化すると見積もることができます
せいぜい、搭載された一連の機器によって観察されるように、気孔率、組成、または熱特性の局所的な変化によるものです。
ロゼッタ。それにもかかわらず、相対的に基づく私たちの一般的な傾向
台地と底の間の侵食、および差別的な侵食、
これらの初期条件に敏感ではありません。結果として、
私たちの量的研究は、提案された質的傾向を検証します
ヴィンセントらによって。 (2017) 昇華駆動の浸食がもたらすこと
くぼみが浅く大きくなり、時間の経過とともに鋭い地質学的特徴が効果的に消去されます。
5.3.ダストマントル
～10 cm を超える厚さのダスト層の存在により、
私たちが研究したファセットのほとんどの活動を抑制します
(セクション 3.4)。厚い（> 10 cm）ダスト層があったと考えると
67P が到着したとき、最初は 67P の表面全体に存在していました。
1959 年の現在の軌道では、侵食率が
シミュレーションで得られたもの。から注目するのは興味深いことです。
図 10 は、適切な条件が満たされると、いくつかのファセットの活動が、最初は厚いダスト マントルができるようなものであることを示しています。
数回の近日点通過後に削除されます。私たちのシミュレーションでは、
より薄いダストマントルは実際に定期的に除去され、形成されます
氷の昇華と粉塵のガス抵抗の直接的な結果として
粒子。そのような周期的な形成と除去の証拠
季節のほこり、およびフォールバック材料については、報告されています (例: Thomas et al. 2015a; Attree et al. 2019): 厚さ
北方地域では約 5 mm が報告されている (Herny
ら。 2021年）。熱進化モデリングを通じて、Davidsson
ら。 （2022）結果として得られたダストマントルは通常より薄い
2cm以上。局所規模では、ダストマントルが重要な役割を果たしている可能性があります
役割。それらはさらに、異種の影響を受けます。
での局所的な粉塵の堆積に影響を与える重力ポテンシャル
水面。 Rosetta/OSIRIS ショーによる高解像度観測
深い円形のピットの底は比較的平坦で、細かいダスト層で覆われている (例えば、特徴 1 と 2、としても知られている)
Seth_01、および Seth_02 と Seth_03、または機能 12 としても知られる
Ma'at_01; Sierks等。 2015)。いくつかの穴には、その床にさまざまなサイズの岩があり、Vincent et al. (2015) として使用
これらの構造の浸食時代の指標。例えば、
著者らは、Ma'at_01 のボルダーのない床がMa'at_02 (特徴 7 Ma'at_03 はますます侵食され、劣化した壁とピット内の蓄積物。私たちの
シミュレーションでは、そのような効果を説明できません。しかし、壁が弱くなった後の壁の劣化と、
底部の壁の素材は基本的に同じ傾向につながります
見つかった：ピットは時間とともに大きくなり、浅くなります。
5.4.アクティブピット
したがって、私たちの研究は、最初にVincentらによって作成された仮説を支持しています。 （2015）、深い円形のピットはあまり処理されていません
大きいものや細長いものよりも（または保存状態が良い）。興味深いことに、より保存状態の良い特徴は、そのエッジから発生する薄いダスト ジェットの源として明確に明らかにされています。
これらのくぼみは、活動と浸食が進行していることを示しています。
現在発生している (Sierks et al. 2015)。より一般的には、ヴィンセント
ら。 (2015) は、深さと直径の比率の 2 つの傾向を特定しました。
67P の表面のピットの (d/D): アクティブなピットは高い d/D を持っています
（> 0.3）、活動が観察されていないピットははるかに小さいd/D。
私たちの結果から、それを除外することはできません。
侵食が効率的に
特に南部地域の構造物（セクション4）。さらに、これらの機能は通常、大量のエネルギーを受け取ります
(軌道上、または近日点で統合された)、非常に揮発性の種に中程度の追加が数値的不安定性を引き起こしたように
私たちのシミュレーションでは（セクション3.3）。 COとCO2の昇華
これらのファセットは実際にいくつかの爆発を引き起こす可能性があります。
プロセスは非常に非線形であるため、モデルをシミュレートできます。それはそう、
これらの数値的に不安定なファセットは、通常、
以前のテストで最も浸食を受けていたピット (つまり、
最もエネルギーを受け取った部分)、近日点に近い
または軌道全体に統合されます。したがって、これらは反映される可能性が高い
そのような種の昇華によって引き起こされる活動の爆発。しかし、これらから活発なアウトバーストが観測されなかったという事実は、
ピットは、昇華前線が実際に位置する可能性があることを示唆しています
挿入軌道の後、私たちのモデルよりも核内で深くなります。
さらに、数値不安定性は最初の
現在の照明条件の下での 67P の軌道回転はほとんどなく、したがってロゼッタの時代を反映していませんでした。
観察。最もよく保存された構造の場合、ファセットは決して経験しません
このように劇的な数的行動が見られますが、ロゼッタの観測では、いくつかの活動の爆発が起こっていることが示唆されています。私たちのシミュレーションでは、揮発性の場合
種が追加されると、昇華面がゆっくりと下で進行します。
表面（図A.4）でありながら、活動に貢献し続けています。これ
したがって、CO と CO2 が
に従って、これらの地質学的特徴の表面
比較的変わらない性質。さらに興味深い点は、
揮発性種を追加する場合、アクティブなままのファセット (vs.
その活動は進行性のダストマントリングによって消滅します）は、ピットの端にあるものです（図8）。これは、
これらの穴の観察された活動 (Vincent et al. 2015)。したがって、我々の結果は、これらの形態学的な
機能はおそらく非常によく保存されているか、ほとんど変更されていません
もの。ただし、これらの追加の揮発性物質がなくても、水氷
よりも壁から優先的に昇華することができます。
ボトムス。
5.5.ピットの進化への影響
我々は、彗星の活動が表面の特徴を消し去る傾向があることを示したので、深い円形の穴が最も処理されていない可能性が高い
表面の形態学的構造 (セクション 4.3)。明らかに、
これらの穴は、昇華による浸食によって形成されたものではありません。非常に異なる照明条件を調査しました
67Pの表面全体。これらの条件下では、異なる侵食のパターンと、むしろ侵食プラトーの選択が優先されます。
ピットの底よりも、維持されます。したがって、異なる軌道上の異なる照明条件を推定することができます。
同様の傾向につながったでしょう。さらに、たとえ南半球が明らかに北半球より処理されていたとしても、
半球では、より大きなくぼみの痕跡が見られます。
緯度への窪地の分布の明確な依存性はありません (Vincent et al. 20したがって、ピットは最初は地球規模で存在し、それらが原因で進化した可能性が高いと主張できます。
の表面のさまざまな程度の昇華駆動の侵食
67P。
私たちの結果は、いくつかの定量的な確認を提供します
すべての侵食の定量化がないため、研究。
最近の軌道は以前に実行されています。ピットの形成に関して、Ip et al。 （2016）形態学的およびJFC のピットが
現在の軌道要素を取得する前に形成される可能性があります。
ムーシス等。 （2015）三相でピットの形成をテストしました
遷移 (昇華、アモルファス水の氷の結晶化、
およびクラスレートの不安定化）、これらのそれぞれが
プロセスには、
彗星が太陽系内惑星系を形成するのに費やした時間
ピットを観察した。 Guilbert-Lepoutre等。 （2016）もそれを証明した
現在の照明条件下で 200 m のピットが形成される可能性はほとんどありません。ただし、そのような条件は、浅瀬などの小規模な地質学的特徴の形成
深さ数メートルのくぼみ、おそらく進行性の季節的浸食 (Bouquety et al. 2021a,b)。いつ
ピットの進化に関しては、ベルトン (2010) が提案した
ピットが彗星によって消去される進化シーケンス
活動: 最初は 81P/Wild 2 で見られる急性のくぼみとして発見されました。
それらは次第に浅いくぼみになるでしょう。
比較的古い 103P/Hartley 2 で観測された
昇華プロセスの (Ip et al. 2016)。ヴィンセント等。 (2017)
探査機が観測した彗星の全球地形を研究した
と、この傾向を再確認しました。この論文は定量化を提供します
すべての間にピットのレベルで維持された侵食率の
67Pが太陽系内惑星系でJFCとして過ごした時間。
少なくとも67Pについては、以前の研究を精力的に再確認しています。
将来的には、当社で確立されたトレンドに直面します。
持続する昇華駆動浸食を制限することによる研究
ピットも観察されている他の彗星核によって、
特に 103P/Hartley (Syal et al. 2013)、81P/Wild 2 (Brown lee et al. 2004)、および 9P/Tempel 1 (Thomas et al. 2013)。いつ
ピットの起源を理解することになると、ビッグ ローブの特徴 1 (Seth_01) と 12 (Ma'at_01) が
小さなローブは、最も処理されていません。さまざまなピットサイズを生じさせる局所的な異質性にもかかわらず、これらの特徴はこうして
それらが形成されたときのピットの可能性が高い。これはする必要があります
これらの構造を切り開く熱的または物理的プロセスを制限しようとするとき、心に留めておいてください。
識別される: 呼び出されるすべてのプロセスは、準円形のかなりの量の材料。