2015. 10. 4. 18:39ㆍ3. 천문뉴스/ESA Space Sience
사진 1> 왼쪽 위 : 2014년 9월 2일 로제타 호의 네비게이션 카메라에 의해 촬영된 67P/추류모프-게라시멘코 혜성
왼쪽 아래 : 로제타 호의 가시광선,적외선,열화상 분광기로 촬영된 67P/추류모프-게라시멘코 의 사진들(왼쪽 열)과 물얼음의 분포 지도(중간 열) 및 표면 온도 자료(오른쪽 열)
첫번째 행의 사진들은 9월 12일에, 두 번째 행의 사진들은 9월 13일에, 그리고 가장 아래 행의 사진들은 9월 14일에 촬영된 것이다.
사진이 촬영된 곳은 혜성 목부분의 하피(Hapi)라는 이름의 지역이었으며 이곳은 당시 가장 많은 활동성을 나타내는 지역이었다.
이 사진과 지도들을 비교함으로써 과학자들은 물얼음이 기온이 낮은 곳에서는 존재했지만 기온이 오른 곳에서는 거의 존재하지 않거나 아예 존재하지 않는다는 사실을 알아냈다.
게다가 물얼음은 해당 지역이 어둠에 잠겨있을 때에만 감지되었다.
이것은 혜성의 자전에 따라 주기적인 물얼음의 움직임이 있다는 것을 암시하는 결과였다.
오른쪽 : 일별 물얼음의 주기적 변화를 묘사하고 있다.
낮동안 혜성 표면과 표면으로부터 수센티미터 아래에 있는 물얼음이 기화되면서 혜성에서 탈출한다.
하지만 밤동안 표면은 빠르게 식는 반면 표면 아래는 여전히 따뜻한 상태로 남아 있게 된다.
표면 아래에 있는 기화된 물얼음은 표면으로 올라오면서 급격하게 다시 얼게 된다.
그 다음날 표면에 새로 형성된 물얼음의 기화작용이 다시 시작된다.
로제타 호가 혜성의 표면에서 일별 물얼음의 순환 주기에 대한 증거를 제공했다.
혜성은 먼지와 얼음의 혼합물로 구성된 천체이다.
혜성은 높은 이심율을 가진 공전궤도 상에서 태양과 가장 가까운 지점을 향할 때 주기적으로 얼음과 먼지를 뱉어낸다.
태양빛이 꽁꽁 얼어붙은 혜성의 핵을 가열하기 때문에 주로 물과 일산화탄소나 이산화탄소와 같은 휘발성 성분으로 구성되어 있는 내부 얼음은 가스로 기화하게 된다.
이 가스는 혜성으로부터 흘러나가며 먼지 입자들도 함께 실어나른다.
이렇게 흘러나온 가스와 먼지가 밝은 테무리와 함께 혜성의 특징이기도 한 꼬리를 만들게 된다.
2014년 8월 67P/추류모프-게라시멘코 혜성에 도착한 로제타 호는 1년 이상 이 혜성에 대한 연구를 계속하고 있다.
2015년 8월 13일, 이 혜성은 6.5년의 공전주기 상에서 태양에 가장 가까운 지점을 통과하였고, 지금은 외태양계를 향해 움직이고 있다.
사진 2> 이 사진은 67P/추류모프-게라시멘코 혜성이 근일점에 도달하기 한 시간 전인 2015년 8월 13일 01시 04분에 촬영된 것이다.
로제타 호가 네비게이션 카메라를 이용하여 이 사진을 촬영할 당시 혜성까지의 거리는 327킬로미터였다.
사진의 해상도는 픽셀당 28미터이며 사진의 폭은 28.6킬로미터로서 재처리를 통해 67P/추류모프-게라시멘코 혜성이 보여주는 세세한 활동이 나타나 있다.
로제타 호의 과학자들이 연구하는 핵심 과제는 로제타 호의 도착 이래 이 혜성과 그 주위에 나타나는 활동성의 증가를 모니터링함으로써 혜성에서 발생하는 활동성의 양상과 이와 연관성이 있는 가스의 분출이 어떻게 추동되는지를 밝혀내는데 있다.
과학자들은 로제타호에 탑재된 VIRTIS(가시광선, 적외선, 열화상 분광기, Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer)를 이용하여 물 얼음이 나타나고 사라지는 곳으로 식별된 이 혜성의 표면 지역이 혜성의 자전 주기와 연관성이 있음을 알아냈다.
이번 발견은 2015년 9월 24일 네이처 지에 발표되었다.
이번 연구의 수석저자인 로마 INAF-IAPS 의 마리아 크리스티나 데 상띠스(Maria Cristina De Sanctis)의 설명은 다음과 같다.
"우리가 발견한 것은 매 자전때마다 혜성의 표면에 보충되는 새로운 얼음의 메커니즘입니다. 바로 이것이 혜성을 살아있게 만드는 것이죠."
연구팀은 2014년 9월 획득한 혜성 목 부분의 1제곱 킬로미터에 집중된 일련의 데이터를 연구하였다.
당시 혜성은 태양으로부터 5억 킬로미터 거리에 위치하고 있었으며 혜성의 목 부분은 가장 활동성을 많이 나타내는 지역 중 하나였다.
이 혜성이 자전하는데는 12시간이 약간 넘게 걸렸으며 여러 지역이 서로 다른 밝기를 보이고 있었다.
마리아 크리스티나의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이 지역에 대한 분광 데이터 상에서 물얼음의 흔적을 발견했습니다.
그런데 그것은 해당 지역이 항상 그림자가 드리워져 있을 때에 한정되어 있었죠.
반대로 태양빛이 들어올 때 그 얼음의 흔적은 사라져 버렸습니다.
이것은 물얼음이 혜성의 자전에 따라 주기적인 행동양상을 보인다는 것을 의미하는 것이었죠."
사진 3> 2014년 9월 12일부터 14일 사이 로제타 호의 VIRTIS로 촬영된 67P/추류모프-게라시멘코 혜성.
가장 상단 사진은 12일에, 중간 사진은 13일에, 아래 사진은 14일에 촬영된 것으로 모두 0.7마이크론의 가시광선 대역으로 촬영되었다.
VIRTIS가 겨냥한 곳은 혜성의 목부분인 하피(Hapi)라는 이름의 지역이었으며 이곳은 당시 혜성에서 가장 왕성한 활동성을 보이는 곳 중 하나였다.
첫번째와 두번째 사진은 12시간 간격으로 촬영된 것으로서 이는 67P/추류모프-게라시멘코 혜성의 1자전주기에 해당한다.
두번째와 세번째 사진은 37시간 간격으로 촬영된 것으로 이는 67P/추류모프-게라시멘코 혜성의 3자전주기에 해당한다.
복잡한 혜성의 지형으로 인해서 각 사진에서 그림자가 드리워진 부분은 서로 다르게 나타나고 따라서 빛을 받는 조건 역시 모두 다르다.
VIRTIS로 관측된 적외선 분광 데이터에서 과학자들은 물얼음이 반복적으로 나타났다가 사라진다는 것을 알아냈는데 물얼음은 그림자 속에 잠긴 지역에서만 식별되었다.
이러한 사실은 물얼음이 혜성의 하루 단위로 변화하는 주기를 가지고 있으며 해당 지역이 밤이 되면 물얼음이 형성되었다가 해당 지역이 아침이 되면 다시 사라지기를 반복한다는 것을 말해주는 것이었다.
이 관측 데이터는 물얼음이 혜성의 표면과 표면 아래 수센티미터 정도에 존재하다가 햇빛이 들어오면 가스로 기화하여 혜성으로부터 흘러나가버린다는 것을 의미하는 것이었다.
그리고 혜성의 자전에 따라 해당 지역이 어둠에 잠기면 표면은 빠르게 식어갔다.
그러나 표면 아래 층에는 이전에 받은 햇빛의 온기가 그대로 남아있어 표면 아래의 물은 기화된 상태를 유지한 채로 혜성 내부의 빈틈으로 스며들게 된다.
그러나 곧 이 표면 아래층의 수증기는 차가운 표면으로 흘러나오게 되고 그 즉시 다시 얼게되면서 혜성의 표면은 새로 형성된 얇은 얼음층에 의해 휘감기게 된다.
이 상태에서 태양이 다시 떠오르게 되면 새로 형성된 얼음층은 다시 기화되어 혜성으로부터 떨어져나가면서 이러한 양상이 반복되어 나타나게 되는 것이다.
INAF-IAPS 의 VIRTIS 수석 연구원인 파브리지오 카파치오니(Fabrizio Capaccioni)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이론적 모델과 이전에 다른 혜성에 대해 이뤄진 관측 데이터를 기반으로 혜성에서 이와 같은 물얼음의 주기가 있을 것으로 가정해왔습니다.
그리고 이번에 67P/추류모프-게라시멘코 혜성에 대해 수행된 로제타 호의 탐사 덕분에 그 관측 증거를 확보하게 되었습니다."
이번 관측 데이터들로부터 다른 물질들에 대한 물얼음의 상대적인 비율을 측정할 수 있게 되었다.
이번에 탐사된 혜성의 특정 지역지역에서 수 센티미터 깊이로부터 표면까지 존재하는 물얼음의 비율로 봤을 때 물얼음은 전체 구성 물질의 10~15% 정도를 구성하는 것으로 보이며 물얼음은 다른 구성성분들과 골고루 잘 섞여 있는 것으로 보인다.
과학자들은 또한 VIRTIS의 분석 데이터를 근거로 얼마나 많은 수증기들이 분출되는지를 계산하였는데 혜성 전체에서 동시에 흘러나오는 수증기 총량 중 3%에 해당하는 양이 분출되는 것으로 계산되었으며 이러한 결과는 로제타에 장착된 MIRO 마이크로파 감지기의 측정 결과와 일치하는 것이었다.
카파치오니 박사는 혜성 표면 중 많은 지역에서 이와 동일한 주기가 진행되며 혜성으로 부터 뿜어져나오는 가스의 공급원이 되고 있을 것이라고 말했다.
현재 과학자들은 혜성이 근일점을 통과하면서 활동성이 증가했을 때 수집된 VIRTIS의 데이터를 분석하느라 바쁜 나날을 보내고 있다.
ESA 로제타 프로젝트 과학자인 맷 테일러(Matt Taylor)의 설명은 다음과 같다.
"이번 연구결과는 혜성 내부에서 어떤 일이 벌어지고 있는지에 대한 단서를 알려주었습니다.
로제타 호는 단시간 뿐 아니라 장시간 동안에 발생하는 혜성의 변화를 추적할 수 있는 능력이 있으며 우리는 67P/추류모프-게라시멘코 혜성과 다른 혜성들의 진화양상을 이해하기 위해 이러한 정보들을 모두 함께 모을 수 있게 되기를 기다리고 있습니다. "
사진 4> 67P/추류모프-게라시멘코 혜성의 목부분 하피(Hapi)지역에 초점을 맞춘 물얼음의 분포(왼쪽)와 표면 온도(오른쪽)
이 지도는 로제타 호에 탑재된 VIRTIS 장비로 2014년 9월 12일(상단), 13일(중앙), 14일(하단)에 촬영된 사진을 근거로 만들어진 것이다.
얼음분포지도는 0.7마이크론의 가시광대역과 적외선대역으로 촬영된 데이터를 지표 및 지표 바로 아래 물질 분포 모델과 합하여 제작된 것이다.
낮은 조도의 조건에서 촬영된 적외선 분광 데이터는 2.7~3.6마이크론 파장 사이에서 강력한 추락 양상을 보여주는데 이는 표면의 물얼음이 해당 파장을 흡수하면서 나타나는 전형적인 특성이다.
물얼음의 분포 지도에서 하얀색은 표면에 5% 이상의 물얼음이 분포하는 것을 의미하며 파란색으로 갈수록 이 분포도는 점점 낮아져서 짙은 파란색은 0%에 이르는 지역을 의미한다.
표면 온도지도는 4.5미크론 이상의 파장에서 획득된 VIRTIS의 분광 데이터를 근거로 제작되었다.
하얀색과 밝은 색조는 상대적으로 높은 온도를 의미하는 것으로 가장 높은 온도는 영하 63도이다.
어둡고 붉은 빛을 띠는 곳은 낮은 온도를 의미하는 것으로 가장 낮은 온도는 영하 133도를 가리키고 있다.
12일과 13일의 사진은 혜성이 한번 자전한 간격을 가지고 있으며, 13일과 14일의 사진은 혜성의 3회 자전 간격을 가지고 있다.
혜성의 복잡한 지형으로 인해 세 경우 모두 밝기 조건은 서로 다르게 나타난다.
각 지도를 비교함으로써 과학자들은 왼쪽 사진에 나타나는 바와 같이 물얼음이 낮은 온도를 보이는 지역에 더 많이 몰려 있으며 높은 온도를 보이는 지역에는 거의 존재하고 있지 않다는 것을 알아냈다.
게다가 물얼음은 해당 표면에 그림자가 졌을 때만 감지되었다.
이는 혜성의 자전에 따른 물얼음의 주기적인 변화가 존재함을 말해주는 것이다.
출처 : ESA SPACE SIENCE 2015년 9월 22일 News
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Rosetta/Rosetta_reveals_comet_s_water-ice_cycle
참고 : 67P/추류모프-게라시멘코 혜성을 비롯한 태양계의 다양한 작은 천체에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
왜소행성 : https://big-crunch.tistory.com/12346957
소행성 : https://big-crunch.tistory.com/12346956
혜성 : https://big-crunch.tistory.com/12346955
유성 : https://big-crunch.tistory.com/12346954
원문>
Rosetta reveals comet’s water-ice cycle
ESA’s Rosetta spacecraft has provided evidence for a daily water-ice cycle on and near the surface of comets.
Comets are celestial bodies comprising a mixture of dust and ices, which they periodically shed as they swing towards their closest point to the Sun along their highly eccentric orbits.
As sunlight heats the frozen nucleus of a comet, the ice in it – mainly water but also other ‘volatiles’ such as carbon monoxide and carbon dioxide – turns directly into a gas.
This gas flows away from the comet, carrying dust particles along. Together, gas and dust build up the bright halo and tails that are characteristic of comets.
Rosetta arrived at Comet 67P/Churyumov–Gerasimenko in August 2014 and has been studying it up close for over a year. on 13 August 2015, the comet reached the closest point to the Sun along its 6.5-year orbit, and is now moving back towards the outer Solar System.
A key feature that Rosetta’s scientists are investigating is the way in which activity on the comet and the associated outgassing are driven, by monitoring the increasing activity on and around the comet since Rosetta’s arrival.
Scientists using Rosetta’s Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer, VIRTIS, have identified a region on the comet’s surface where water ice appears and disappears in sync with its rotation period. Their findings are published today in the journal Nature.
“We found a mechanism that replenishes the surface of the comet with fresh ice at every rotation: this keeps the comet ‘alive’,” says Maria Cristina De Sanctis from INAF-IAPS in Rome, Italy, lead author of the study.
The team studied a set of data taken in September 2014, concentrating on a one square km region on the comet’s neck. At the time, the comet was about 500 million km from the Sun and the neck was one of the most active areas.
As the comet rotates, taking just over 12 hours to complete a full revolution, the various regions undergo different illumination.
“We saw the tell-tale signature of water ice in the spectra of the study region but only when certain portions were cast in shadow,” says Maria Cristina.
“Conversely, when the Sun was shining on these regions, the ice was gone. This indicates a cyclical behaviour of water ice during each comet rotation.”
The data suggest that water ice on and a few centimetres below the surface ‘sublimates’ when illuminated by sunlight, turning it into gas that then flows away from the comet. Then, as the comet rotates and the same region falls into darkness, the surface rapidly cools again.
However, the underlying layers remain warm owing to the sunlight they received in the previous hours, and, as a result, subsurface water ice keeps sublimating and finding its way to the surface through the comet’s porous interior.
But as soon as this ‘underground’ water vapour reaches the cold surface, it freezes again, blanketing that patch of comet surface with a thin layer of fresh ice.
Eventually, as the Sun rises again over this part of the surface on the next comet day, the molecules in the newly formed ice layer are the first to sublimate and flow away from the comet, restarting the cycle.
“We suspected such a water ice cycle might be at play at comets, on the basis of theoretical models and previous observations of other comets but now, thanks to Rosetta's extensive monitoring at 67P/Churyumov–Gerasimenko, we finally have observational proof,” says Fabrizio Capaccioni, VIRTIS principal investigator at INAF-IAPS in Rome, Italy.
From these data, it is possible to estimate the relative abundance of water ice with respect to other material. Down to a few cm deep over the region of the portion of the comet nucleus that was surveyed, water ice accounts for 10–15% of the material and appears to be well-mixed with the other constituents.
The scientists also calculated how much water vapour was being emitted by the patch that they analysed with VIRTIS, and showed that this accounted for about 3% of the total amount of water vapour coming out from the whole comet at the same time, as measured by Rosetta’s MIRO microwave sensor.
“It is possible that many patches across the surface were undergoing the same diurnal cycle, thus providing additional contributions to the overall outgassing of the comet,” adds Dr Capaccioni.
The scientists are now busy analysing VIRTIS data collected in the following months, as the comet’s activity increased around the closest approach to the Sun.
“These initial results give us a glimpse of what is happening underneath the surface, in the comet’s interior,” concludes Matt Taylor, ESA Rosetta Project Scientist.
“Rosetta is capable of tracking changes on the comet over short as well as longer time scales, and we are looking forward to combining all of this information to understand the evolution of this and other comets.”
'3. 천문뉴스 > ESA Space Sience' 카테고리의 다른 글
| 금성의 극소용돌이 (polar vortices) (0) | 2015.11.17 |
|---|---|
| 로제타 호 : 혜성에서 산소의 존재를 처음으로 탐지하다. (0) | 2015.11.01 |
| 화성의 남극 (0) | 2015.09.21 |
| 미리내의 중심부 (0) | 2015.08.25 |
| 로제타 호 : 67P/추류모프-게라시멘코 혜성의 근일점 통과를 목격하다. (0) | 2015.08.16 |