quinta-feira, 25 de junho de 2015

Detectado gelo em superfície de cometa

Usando a câmera científica de alta resolução a bordo da sonda Rosetta da ESA, cientistas identificaram mais de uma centena de aglomerações de gelo de água com poucos metros de tamanho na superfície do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.

seis manchas brilhantes na superfície do cometa

© ESA/Rosetta (seis manchas brilhantes na superfície do cometa)

A sonda Rosetta chegou no cometa em Agosto de 2014 a uma distância de cerca de 100 km e eventualmente orbitou o cometa a 10 km ou menos, permitindo imagens de alta resolução da superfície.

Com base nas observações do gás emergente dos cometas, sabe-se a muito tempo que eles são ricos em gelo. À medida que eles se movem para mais perto do Sol ao longo de suas órbitas, suas superfícies são aquecidas e o gelo sublima em gás, que é então ejetado do núcleo, se arrastando junto com as partículas de poeira mergulhadas no gelo para formar a coma e a cauda.

Porém, alguma poeira do cometa também permanece na superfície à medida que o gelo abaixo sublima, ou cai de volta no núcleo em qualquer lugar, cobrindo-o com uma fina camada de material empoeirado e deixando muito pouco gelo diretamente exposto na superfície. Esses processos ajudam a explicar por que o cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko e outros cometas vistos em missões anteriores são tão escuros.

Apesar disso, o conjunto de instrumentos da Rosetta já tinha detectado uma variedade de gases, incluindo vapor d’água, dióxido de carbono e monóxido de carbono, que provavelmente são originados de reservatórios localizados abaixo da superfície.

Agora, usando as imagens feitas pela câmera de ângulo restrito do instrumento OSIRIS da Rosetta em Setembro de 2014, os cientistas identificaram 120 regiões na superfície do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, que são cerca de 10 vezes mais brilhantes do que o brilho médio da superfície.

Algumas dessas regiões brilhantes são encontradas em aglomerados, enquanto outras aparecem isoladas, e quando observadas em alta resolução, muitas delas parecem ser pedaços de rochas mostrando regiões brilhantes nas suas superfícies.

Os aglomerados brilhantes compreendem algumas rochas com dezenas de metros de tamanho se espalhando por dezenas de metros, tipicamente encontradas em campos de detritos na base dos desfiladeiros. Eles são provavelmente o resultado de erosões recentes ou colapsos da parede do desfiladeiro revelando um material mais recente abaixo da superfície coberta de poeira.

Em contraste, alguns desses objetos brilhantes isolados são encontrados em regiões sem qualquer relação aparente com o terreno ao redor. Acredita-se que esses objetos sejam soerguidos de qualquer lugar no cometa durante um período de atividade cometária, mas com velocidade insuficiente para escapar da força gravitacional do cometa completamente.

Em todos os casos, as manchas brilhantes foram encontradas em áreas que recebem relativamente pouca energia solar, como numa sombra de um desfiladeiro, e sem mudanças significantes foram observadas entre imagens feitas durante um período de um mês. Além disso, eles foram encontrados como sendo mais azulados na luz visível se comparado com o fundo avermelhado, consistente com uma componente congelada.

“O gelo de água é a explicação mais plausível para ocorrência e as propriedades dessas feições”, disse Antonie Pommerol da Universidade de Bern e principal autor do estudo.

“No momento das nossas observações, o cometa estava longe o suficiente do Sol de modo que a taxa com a qual o gelo de água sublimava era de menos de 1 mm por hora de energia solar incidente. Em contraste, se o dióxido de carbono ou o gelo de monóxido de carbono estivesse exposto, ele rapidamente sublimaria quando iluminado pela mesma quantidade de luz do Sol. Nós não esperávamos ver esse tipo de gelo estável na superfície dessa vez”.

A equipe também usou experimentos em laboratório para testar o comportamento do gelo de água misturado com diferentes minerais sob uma iluminação solar simulada para que pudessem ter uma melhor ideia do processo. Eles descobriram que depois de algumas horas de sublimação, um manto de poeira escura com alguns milímetros de espessura se formava. Em alguns lugares isso agiu para esconder completamente qualquer traço visível do gelo abaixo, mas ocasionalmente grãos de poeira maiores ou aglomerações de poeira surgiriam da superfície e poderiam se mover para qualquer lugar expondo manchas brilhantes de gelo de água.

“Uma camada com 1 mm de espessura de poeira escura é suficiente para esconder as camadas abaixo dos instrumentos ópticos”, confirma Holger Sierks, principal pesquisador do instrumento OSIRIS no Max Planck Institute for Solar System Research em Göttingen.

“A superfície escura e relativamente homogênea do núcleo do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, somente pontuada por alguns pontos brilhantes com metros de tamanho, pode ser explicada pela presença de um fino manto de poeira composto de mineral refratário e matéria orgânica, com os pontos brilhantes correspondendo a áreas onde o manto de poeira foi removido, revelando a subsuperfície abaixo rica em gelo de água”.

A equipe também especulou sobre o tempo de formação das manchas congeladas. Uma hipótese é que eles foram formados na época da última vez em que o cometa se aproximou do Sol, a 6,5 anos atrás, com os blocos congelados ejetados de regiões permanentemente sombreadas, preservando-as por alguns anos abaixo da temperatura de pico necessária para a sublimação.

Outra ideia é que mesmo em distâncias relativamente grandes do Sol, a atividade guiada pelo monóxido de carbono e pelo dióxido de carbono poderia ejetar os blocos congelados. Nesse cenário, assume-se que a temperatura não foi alta o suficiente para a sublimação da água, de tal modo que os componentes ricos em gelo de água pudessem sobreviver a qualquer gelo de monóxido de carbono e dióxido de carbono exposto.

“À medida que o cometa continua a se aproximar do periélio, o aumento da iluminação solar nas manchas brilhantes que uma vez estavam na sombra deveriam causar mudanças na sua aparência, e nós podemos esperar ver novas regiões e regiões maiores de gelo exposto”, disse Matt Taylor, cientista de projeto da Rosetta da ESA.

“Combinando as observações do OSIRIS realizadas antes e depois do periélio com outros instrumentos, fornecerão ideias valiosas sobre o que dirige a formação e a evolução dessas regiões”.

Um novo estudo focando numa análise de brilhantes partes de gelo exposto na superfície do cometa foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESA

sexta-feira, 5 de junho de 2015

Surpresa em ultravioleta na coma de cometa

Observações feitas da coma mais interna do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko revelaram surpresas.

fótons solares ionizam moléculas produzindo elétrons

© ESA (fótons solares ionizam moléculas produzindo elétrons)

A sonda Rosetta descobriu processos inesperados na cabeleira do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Na imagem acima, os fótons solares ionizam moléculas de água e de dióxido de carbono produzindo elétrons (1), que interagem com outras moléculas de água e de dióxido de carbono gerando emitindo ultravioleta (2).

O espectrógrafo de ultravioleta distante Alice, a bordo da sonda Rosetta da ESA indicou que os elétrons próximos da superfície do cometa, não fótons solares, como se pensava anteriormente, causaram a quebra do dióxido de carbono e das moléculas de água sendo expelidas da superfície do cometa.

Uma equipe de cientistas liderada pelo Prof. Paul Feldman da Universidade Johns Hopkins em Baltimore relata a detecção feita pelo instrumento Alice da NASA, quando a sonda estava entre 10 km e 80 km do centro do núcleo do cometa.

O Prof. Feldman e outros pesquisadores focaram na natureza das plumas da água e de dióxido de carbono emitidos pela superfície do cometa, geradas pelo calor do Sol.

Para isso, eles observaram a emissão dos átomos de hidrogênio e oxigênio resultantes da quebra de moléculas de água, e similarmente os átomos de carbono das moléculas de dióxido de carbono, perto do núcleo do cometa.

Eles descobriram que as moléculas eram quebradas em um processo de dois passos.

Primeiro, um fóton ultravioleta do Sol atinge uma molécula de água na coma do cometa e o inoniza, emitindo um elétron energético. Esse elétron então atinge outra molécula de água na coma, quebrando-a em um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio, e energizando-os durante o processo. Esses átomos então emitem luz ultravioleta que é detectado nos seus comprimentos de onda característicos pelo espectrógrafo Alice.

Similarmente, é o impacto de um elétron com uma molécula de dióxido de carbono que resulta na quebra em átomos e nas emissões de carbono observadas.

A imagem espectral abaixo foi obtida pelo espectrógrafo de ultravioleta distante Alice. A emissão de oxigênio (O1) e carbono (C1) na coma são indicados. Os brilhos das bandas Lyman alfa e Lyman beta são devidas ao impacto dos elétons na água.

imagem espectral da emissão de oxigênio e carbono

© ESA/Alice (imagem espectral da emissão de oxigênio e carbono)

“As análises das intensidades relativas das emissões atômicas nos permitem determinar que nós estamos observando diretamente as moléculas principais que estão sendo quebradas pelos elétrons na vizinhança imediata, a cerca de 1 km, do núcleo do cometa onde elas estão sendo produzidas”, explicou o Prof. Feldman, principal autor do artigo que evidencia os resultados.

“A descoberta que nós estamos reportando é bem inesperada”, disse o Dr. Alan Stern do Southwest Research Institute em Boulder, no Colorado.

“Isso nos mostra o valor de estarmos indo para os cometas e os observando bem de perto, já que essa descoberta simplesmente não poderia ter sido feita do nosso planeta ou de algum telescópio em órbita. E isso, está fundamentalmente transformando nosso conhecimento dos cometas”.

Aqui da Terra, ou de observatórios espaciais próximos da Terra como o Hubble, os constituintes atômicos dos cometas só podem ser vistos depois que suas moléculas principais, como a água e o dióxido de carbono, foram quebradas pela luz do Sol, de centenas a milhares de quilômetros de distância do núcleo do cometa.

O instrumento Alice da Rosetta também estudou a superfície do cometa e usará em estudos futuros da sua atmosfera à medida que o cometa se aproxima do Sol e sua pluma torna-se mais ativa devido ao aquecimento solar.

As observações do cometa ajudarão os pesquisadores a aprender mais sobre a origem e a evolução do Sistema Solar e o papel que os cometas podem ter tido em ter trazido água para o nosso planeta.

Um artigo que apresenta os resultados foi aceito para publicação na revista Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESA