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ROSETTA REVELA CICLO DE ÁGUA GELADA DO COMETA 67P/C-G
25 de setembro de 2015

 


Esquerda, topo: o Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko com base em quatro imagens obtidas pela câmara de navegação da Rosetta no dia 2 de setembro de 2014.
Esquerda, em baixo: imagens do Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko obtidas com o instrumento VIRTIS (Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer) da Rosetta (esquerda) e mapas da abundância de água gelada (meio) e da temperatura à superfície (direita). As imagens foram obtidas no dia 12 (topo), 13 (meio) e 14 de setembro (em baixo) e focam-se em Hapi, uma região no "pescoço" do cometa, na altura um dos locais mais ativos do núcleo. A comparar estas imagens e mapas, os cientistas descobriram que a água gelada está presente nas zonas mais frias, enquanto é menos abundante e ausente em locais mais quentes. Além disso, a água gelada foi apenas detetada numa região da superfície quando estava à sombra. Isto indica um comportamento cíclico da água gelada para cada rotação cometária.
Direita: o ciclo diário de água gelada. Durante o dia local, a água gelada à superfície e até alguns centímetros de profundidade sublima e escapa; durante a noite local, a superfície arrefece rapidamente enquanto as camadas subjacentes ainda estão quentes. Assim, o gelo subsuperficial continua a sublimar e a deslocar-se para a superfície, onde congela novamente. No dia seguinte, a sublimação começa de novo, primeiro a partir da camada de água gelada formada à superfície.
Crédito: Dados - ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS/Obs. de Paris-LESIA/DLR; M. C. De Sanctis et. al (2015); Cometa - ESA/Rosetta/NavCam
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A sonda Rosetta da ESA forneceu evidências de um ciclo diário de água-gelo à superfície e subsuperfície dos cometas.

Os cometas são corpos celestes constituídos por uma mistura de poeira e gelos, que vão periodicamente perdendo enquanto viajam em direção ao ponto mais próximo do Sol ao longo das suas órbitas altamente excêntricas.

À medida que a luz solar aquece o núcleo gelado de um cometa, o gelo aí presente - principalmente água, mas também contém outros elementos "voláteis" como monóxido de carbono e dióxido de carbono - transforma-se diretamente em gás.

Este gás desloca-se para longe do cometa, transportando com ele partículas de poeira. Juntos, o gás e a poeira constroem o halo brilhante e a cauda, tão característicos dos cometas.

A Rosetta chegou ao Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko em agosto de 2014 e tem vindo a estudá-lo de perto há já mais de um ano. No dia 13 de agosto de 2015, o cometa atingiu o ponto mais próximo do Sol da sua órbita de 6,5 anos e agora está a mover-se novamente para o Sistema Solar exterior.

Uma característica fundamental que os cientistas da Rosetta estão a investigar é a maneira como a atividade no cometa e a libertação associada de gases é conduzida, através da monitorização do aumento da atividade no cometa e à sua volta desde a chegada da Rosetta.

Usando o instrumento VIRTIS (Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer) da Rosetta, os cientistas identificaram uma região à superfície do cometa onde a água gelada aparece e desaparece em sincronia com o seu período de rotação. Os seus achados foram publicados na revista Nature.

"Descobrimos um mecanismo que repõe a superfície do cometa com gelo fresco em cada rotação: isto mantém o cometa 'vivo'," afirma Maria Cristina De Sanctis do INAF-IAPS em Roma, Itália, autora principal do estudo.

A equipa estudou um conjunto de dados obtidos em setembro de 2014, concentrando-se numa região com um quilómetro quadrado no pescoço do cometa. Na altura, o cometa estava a cerca de 500 milhões de quilómetros do Sol e o pescoço era uma das áreas mais ativas.

À medida que o cometa gira, cujo período corresponde a pouco mais de 12 horas, as várias regiões são submetidas a iluminações diferentes.

"Nós vimos a assinatura intrigante da água gelada no espectro da região em estudo, mas apenas quando certas porções estavam à sombra," afirma Maria Cristina.

"Por outro lado, quando o Sol brilhava nestas regiões, o gelo desaparecia. Isto indica um comportamento cíclico da água durante cada rotação do cometa."

Os dados sugerem que a água gelada à superfície e até poucos centímetros abaixo é sublimada quando iluminada pela luz solar, transformando-se em gás que depois flui para longe do cometa. Seguidamente, à medida que o cometa gira e a mesma região fica novamente na escuridão, a superfície arrefece rapidamente de novo.

No entanto, as camadas subjacentes permanecem quentes devido à luz solar que receberam nas horas anteriores e, como resultado, a água gelada à subsuperfície continua a sublimar e encontra o seu caminho para a superfície através do interior poroso do cometa.


Mapas da abundância de água gelada (esquerda) e temperatura à superfície (direita), com foco na região Hapi do "pesçoco" do Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko. Estes mapas são baseados em imagens e espectros recolhidos com o instrumento VIRTIS (Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer) da Rosetta nos dias 12 (topo), 13 (meio), e 14 de setembro (baixo) de 2014.
O mapa da abundância de gelo tem como base imagens obtidas pelo VIRTIS na banda óptica a 0,7 micrómetros e em espectros infravermelhos do VIRTIS, combinados com modelos do material à superfície e subsuperfície. Os espectros infravermelhos, obtidos com condições de baixa iluminação, mostram um forte mergulho nos comprimentos de onda entre os 2,7 e 3,6 micrómetros, que mostra a forma característica da absorção provocada pela água gelada à superfície. Nos mapas da abundância de água gelada, o branco indica uma maior abundância de gelo à superfície (mais de 5%), enquanto os tons azuis indicam abundâncias mais baixas: quanto mais escuros os tons de azul, menor a abundância de gelo, até 0%.
Os mapas de temperatura são baseados em espectros do VIRTIS a comprimentos de onda superiores a 4,5 micrómetros. Os tons mais brilhantes e esbranquiçados indicam temperaturas mais altas, e a temperatura mais alta situa-se nos -63ºC; os tons mais escuros e avermelhados indicam temperaturas mais baixas e a mínima situa-se nos -133ºC.
Os mapas de dia 12 e 13 de setembro estão separados por cerca de uma rotação cometária, enquanto os mapas de 13 e 14 estão separados por três rotações. Devido à topografia complexa do cometa, as condições de iluminação são diferentes em cada das três ocasiões.
Ao comparar as duas séries de mapas, os cientistas descobriram que, especialmente no lado esquerdo dos quadros, a água gelada é mais abundante em manchas mais frias (áreas brancas nos mapas da abundância de água, correspondendo a zonas mais escuras nos mapas de temperatura), enquanto é menos abundante ou até ausente em locais mais quentes (áreas azul-escuras nos mapas de abundância de água, correspondentes a áreas mais brilhantes nos mapas de temperatura). Além disso, a água gelada foi apenas detetada em manchas da superfície que estavam à sombra.
Isto indica um comportamento cíclico da água gelada durante cada rotação do cometa.
Crédito: ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS/Obs. de Paris-LESIA/DLR; M. C. De Sanctis et al. (2015)
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Mas assim que este vapor de água "subterrâneo" atinge a superfície fria, congela novamente, cobrindo essa região do cometa com uma camada fina de gelo fresco.

Eventualmente, à medida que o Sol nasce novamente sobre esta parte da superfície durante o próximo dia cometário, as moléculas na camada de gelo recém-formada são as primeiras a sublimar e a viajar para longe do cometa, reiniciando o ciclo.

"Nós suspeitávamos que tal ciclo de água gelada podia estar em jogo nos cometas, com base em modelos teóricos e observações anteriores de outros cometas, mas agora, graças à extensa monitorização do 67P/Churyumov–Gerasimenko pela Rosetta, finalmente temos provas observacionais," salienta Fabrizio Capaccioni, investigador principal do VIRTIS no INAF-IAPS em Roma, Itália.

A partir destes dados, é possível estimar a abundância relativa da água gelada em relação a outros materiais. Até alguns centímetros de profundidade na região estudada do núcleo do cometa, a água gelada corresponde a 10-15% do material e parece estar bem misturada com outros constituintes.

Os cientistas também calcularam a quantidade de vapor de água emitido pela zona analisada com o VIRTIS e mostraram que correspondia a cerca de 3% da quantidade total de vapor de água expelido por todo o cometa ao mesmo tempo, tal como medido pelo sensor micro-ondas MIRO da Rosetta.

"É possível que muitas outras zonas à superfície sejam submetidas ao mesmo ciclo diurno, proporcionando, assim, contribuições adicionais para a libertação geral de gases do cometa," acrescenta o Dr. Capaccioni.

Os cientistas estão agora ocupados a analisar os dados do VIRTIS recolhidos nos meses seguintes, à medida que a atividade do cometa aumentava durante a aproximação do periélio.

"Estes resultados iniciais dão-nos um vislumbre do que está a acontecer debaixo da superfície, no interior do cometa," conclui Matt Taylor, cientista do projeto Rosetta da ESA.

"A Rosetta é capaz de rastrear alterações no cometa em escalas mais curtas de tempo, bem como em escalas mais longas, e estamos ansiosos por combinar todas estas informações a fim de compreender a evolução deste e de outros cometas."

 


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Esta imagem da câmara da navegação da Rosetta foi obtida às 01:04 (GMT) de dia 13 de agosto de 2015, apenas uma hora antes do Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko alcançar o periélio - o ponto mais próximo do Sol da sua órbita de 6,5 anos. Foi registada a uma distância de mais ou menos 327 km do cometa. Tem uma resolução de 28 metros por pixel, mede 28,6 km de largura e foi processada para realçar os detalhes da atividade cometária.
Crédito: ESA/Rosetta/NAVCAM
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Imagens do Cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko obtidas entre os dias 12 e 14 de setembro de 2014 pelo instrumento VIRTIS da Rosetta. As imagens mostram Hapi, uma região no "pescoço" do cometa, na altura um dos locais mais ativos no núcleo.
A primeira e segunda imagens foram obtidas com 12 horas de diferença, portanto separadas por cerca de uma rotação do cometa; a segunda e a terceira têm 37 horas de diferença, por isso o cometa já tinha, entretanto, completado 3 rotações.
Devido à topografia complexa do cometa, as condições de iluminação são diferentes em cada das três imagens, como ilustrado pelas sombras que cobrem diferentes zonas da superfície.
Usando espectros infravermelhos, obtidos ao mesmo tempo com o VIRTIS, os cientistas identificaram o aparecimento e desaparecimento repetido de água gelada, visível apenas nas zonas da superfície à sombra. Isto sugere que a água gelada passa por um ciclo diário, formando-se durante a noite local a partir da sublimação de material subsuperficial e desaparecendo durante o dia cometário seguinte, logo após o nascer-do-Sol local.
Crédito: ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS/Obs. de Paris-LESIA/DLR; M. C. De Sanctis et al. (2015)
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Links:

Cobertura da missão Rosetta pelo Núcleo de Astronomia do CCVAlg:
14/08/2015 - O grande dia da Rosetta ao Sol
11/08/2015 - "Fogos de artifício" cometários antes do periélio
07/08/2015 - Há um ano que a Rosetta orbita o Cometa 67P/C-G
04/08/2015 - Ciência à superfície do Cometa 67P/C-G
03/07/2015 - Depressões no Cometa 67P/C-G produzem jatos
26/06/2015 - Água gelada exposta, detetada à superfície do Cometa 67P/C-G
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12/03/2004 - Escolhidos os dois asteróides para aproximação da Rosetta 
09/03/2004 - Sonda Rosetta finalmente lançada

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