I DATI RACCOLTI DALLO STRUMENTO ITALIANO VIRTIS

La cometa cambia faccia in base alle stagioni

Uno studio guidato da ricercatori e ricercatrici dell’Istituto nazionale di astrofisica e pubblicato su Nature Astronomy definisce un nuovo modello per i nuclei cometari e chiarisce il "funzionamento" dei meccanismi che ne determinano l'evoluzione stagionale 

     17/03/2022
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Elaborazione grafica che rappresenta il cambiamento cromatico della superficie di 67P/Churyumov-Gerasimenko in base alla distanza dal Sole. L’azzurro superficiale della cometa al perielio (il punto di minima distanza dal Sole) è causato dalla progressiva esposizione alla luce solare dei blocchi ricchi di ghiaccio d’acqua. L’evoluzione della superficie e del sottosuolo è raffigurata in funzione della distanza eliocentrica visualizzata a destra. Il nucleo della cometa è composto da due tipi di ciottoli, che oltre a materiali refrattari e ghiaccio di anidride carbonica contengono rispettivamente un alto o un basso contenuto di ghiaccio d’acqua. Crediti: M. Ciarniello et al. / Nature Astronomy 2022

La cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko cambia faccia col susseguirsi delle stagioni. A spiegare come succede è un gruppo di astronomi guidati da Mauro Ciarniello dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). Nell’articolo pubblicato oggi sulla rivista Nature Astronomy, i ricercatori – tra cui molti dell’Inaf – hanno cercato di spiegare perché il colore del nucleo della cometa 67P sia influenzato dalle stagioni, ovvero dalla sua vicinanza o distanza dal Sole. Osservando il viaggio della cometa all’interno del Sistema solare, si osserva che l’oggetto diventa più blu avvicinandosi al perielio, mentre si arrossa a distanze eliocentriche maggiori. La causa sarebbero i ciottoli (pebbles, in inglese) che formano le comete: aggregati centimetrici di polvere e ghiaccio primordiali originati nella nebulosa protoplanetaria solare dall’adesione di particelle che collidono fra loro.

Gli esperti propongono un nuovo modello di come è costituito un nucleo cometario. «In questo lavoro mostriamo che l’evoluzione stagionale del colore della superficie della cometa è dovuta all’esposizione di blocchi di dimensioni metriche distribuiti all’interno del nucleo, più ricchi in ghiaccio d’acqua rispetto al resto della cometa», spiega Ciarniello. «I blocchi vengono esposti dalla sublimazione dell’anidride carbonica (la CO2 che erode gli strati superficiali del nucleo emettendo pezzi decimetrici) e appaiono di un colore con maggiore componente blu rispetto al resto della superficie grazie al maggior contenuto di ghiaccio».

«Una volta esposti», aggiunge il ricercatore dell’Inaf di Roma, «questi blocchi vengono erosi dalla sublimazione del ghiaccio d’acqua e dalla conseguente emissione di polvere di dimensioni inferiori al centimetro. Siamo così in grado di spiegare, oltre all’evoluzione del colore, anche i ratei di emissione di polvere misurati dallo strumento Giada a bordo della sonda, fornendo un quadro consistente in cui i processi a scala microscopica che guidano l’attività cometaria sono messi in relazione con le proprietà fisico-composizionali del nucleo a scale macroscopiche».

Lo strumento Virtis a bordo della sonda Rosetta. Crediti: Esa

I dati dello studio provengono dallo strumento Virtis, a bordo della missione Rosetta: nello specifico, per l’analisi sono state sfruttate osservazioni del nucleo cometario effettuate dal canale visibile dello strumento durante i circa due anni che la sonda ha trascorso attorno all’oggetto. Virtis è uno spettrometro a infrarossi realizzato sotto la responsabilità scientifica dell’Inaf, con principal investigator Fabrizio Capaccioni, dalla Leonardo di Campi Bisenzio (Firenze) e con il contributo dell’Agenzia spaziale italiana.

Diversi studi hanno confermato che i nuclei cometari sono formati da questi ciottoli di polvere e ghiaccio. In particolare, dai dati raccolti dal gruppo guidato dall’Inaf si evince l’esistenza di due tipi di ciottoli: poveri di ghiaccio d’acqua e altri più ricchi di ghiaccio d’acqua. «Questi ultimi sono raggruppati in blocchi (water-ice-enriched blocks, in inglese) di dimensioni metriche, distribuiti nel nucleo», sottolinea Ciarniello. «I blocchi, ricchi in ghiaccio, quando vengono esposti a seguito dell’erosione dovuta all’attività cometaria, sono osservati in superficie sotto forma di macchie tendenti al blu». 

«Interpretazioni precedenti del ciclo stagionale del colore del nucleo», aggiunge Marco Fulle, co-autore del paper e ricercatore presso l’Inaf di Trieste, «erano basate su un presunto assottigliamento del mantello refrattario che avvolgerebbe i nuclei delle comete. L’assottigliamento lascerebbe trasparire l’interno ricco di ghiaccio durante l’avvicinamento al Sole. Il mantello sarebbe poi ripristinato durante l’allontanamento dal Sole. Tuttavia, abbiamo dimostrato che questo meccanismo implica che il colore del nucleo sia funzione della temperatura. Virtis ha invece osservato temperature diversissime (fino a 80 gradi di differenza, ossia da circa -60 gradi Celsius nell’agosto 2014 a circa +20 gradi Celsius vicino al perielio) in aree di uguale colore, e colori diversissimi (dal più “blu” al più “rosso” misurati su 67P) alle stesse temperature misurate nei primi mesi della missione. I nuclei delle comete non hanno quindi alcun mantello o crosta che nasconda la loro struttura interna». 

«Invece, l’erosione in prossimità del perielio – dovuta alla sublimazione di ghiaccio secco – molto veloce – oltre un metro alla settimana nell’emisfero Sud della cometa – della matrice “rossa” molto povera d’acqua (ne contiene non più del 2 per cento in massa) espone i blocchi “blu” – nei quali la massa di ghiaccio d’acqua è pari a metà di quella di minerali e organici – più velocemente di quanto la loro erosione – dovuta alla sublimazione di ghiaccio d’acqua – li consumi», conclude Ciarniello, «facendo virare il colore al blu. L’affievolirsi dell’erosione e la ricaduta di materiale secco e “rosso”, che dura per mesi dopo il perielio, riporta il colore del nucleo al rosso iniziale».

L’analisi pubblicata dai ricercatori modifica l’attuale scenario definendo quindi un nuovo modello, che riconcilia le disomogeneità composizionali a scala metrica (le macchie tendenti al blu) con l’omogeneità strutturale delle comete (i ciottoli) a scala centimetrica e con i processi alla base dell’attività cometaria.

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Macro and micro structures of pebble-made cometary nuclei reconciled by seasonal evolution”, di Mauro Ciarniello, Marco Fulle, Andrea Raponi, Gianrico Filacchione, Fabrizio Capaccioni, Alessandra Rotundi, Giovanna Rinaldi, Michelangelo Formisano, Gianfranco Magni, Federico Tosi, Maria Cristina De Sanctis, Maria Teresa Capria, Andrea Longobardo, Pierre Beck, Sonia Fornasier, David Kappel, Vito Mennella, Stefano Mottola, Batiste Rousseau e Gabriele Arnold