Vor vier Jahren endete die Rosetta-Mission der ESA zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko. Am 30. September 2016 wurde die Raumsonde zu einem kontrollierten Aufprall auf den Kometen geleitet, wodurch ihre 12,5-jährige Mission beendet wurde. Wissenschaftler arbeiten immer noch mit all ihren Daten und machen neue Entdeckungen.
Das zeigt eine neue Studie auf Basis von Rosetta-Daten Komet 67P hat eine eigene Aurora.
Auf der Erde, Polarlichter werden durch geladene Teilchen der Sonne erzeugt. Wenn sich diese Teilchen der Erde nähern, werden sie entlang der Feldlinien der Magnetosphäre der Erde gelenkt. Wenn sie die Pole der Erde erreichen, treffen die Partikel auf Moleküle und Atome in der Erdatmosphäre, wodurch die bunt schimmernden Polarlichter entstehen. Auch die anderen Planeten unseres Sonnensystems können Polarlichter haben.
Künstlerische Darstellung (nicht maßstabsgetreu) eines Querschnitts der Magnetosphäre, mit dem Sonnenwind links in Gelb und magnetischen Feldlinien, die von der Erde ausgehen in Blau. In dieser instabilen Umgebung strömen Elektronen im erdnahen Weltraum, dargestellt als weiße Punkte, schnell entlang magnetischer Feldlinien zu den Erdpolen. Dort interagieren sie mit Sauerstoff- und Stickstoffpartikeln in der oberen Atmosphäre, setzen Photonen frei und erhellen einen bestimmten Bereich der Polarlichter.
Credits: Emmanuel Masongsong/UCLA EPSS/NASA
Aber dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler eine Aurora um einen Kometen herum sehen. Und das Auffinden einer Aurora an einem Objekt ohne Magnetfeld überraschte die Forscher.
„Es ist überraschend und faszinierend, Polarlichter um 67P zu finden, denen ein Magnetfeld fehlt.“
Dr. Jim Burch, SWRI VICE PRESIDENT, LEADER IES (Ionen- und Elektronensensor), Co-Autor der Studie
Der Titel der neuen Studie, die dieses Ergebnis bekannt gibt, lautet „ Helle ultraviolette Aurora auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko . identifiziert .“ Die Hauptautorin ist Dr. Marina Galand vom Imperial College London. Die neue Forschung wird in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Die Aurora des Kometen 67P ist für das menschliche Auge nicht sichtbar. Es liegt im fernen Ultraviolett (FUV) und wurde mit Rosettas Suite von . nachgewiesen wissenschaftliche Instrumente . Insbesondere durch Instrumente, die der Mission vom Southwest Research Institute (SwRI) zur Verfügung gestellt wurden. Als Teil der Mission stellte das SwRI zwei Instrumente zur Verfügung: den IES oder Ionen- und Elektronensensor und den Alice-Fern-Ultraviolett-Spektrographen (FUV).
„Geladene Teilchen von der Sonne, die im Sonnenwind zum Kometen strömen, interagieren mit dem Gas, das den eisigen, staubigen Kern des Kometen umgibt, und erzeugen die Polarlichter“, sagte SwRI-Vizepräsident Dr. Jim Burch, der das IES (Ion and Electron Sensor) leitet. „Das IES-Instrument hat die Elektronen entdeckt, die das Polarlicht verursacht haben“, sagte Burch in a Pressemitteilung .
Dieses Bild zeigt die Schlüsselstadien des Mechanismus, durch den diese Aurora entsteht: Wenn Elektronen von der Sonne in den Weltraum strömen und sich dem Kometen nähern, werden sie beschleunigt und zersetzen Moleküle in der Umgebung des Kometen. Dieser destruktive Prozess kann angeregte Atome herausschleudern, die dann „entregt“ werden, um die beobachtete Aurora zu erzeugen. Bildquelle: ESA (Raumsonde: ESA/ATG medialab)
Das IES-Instrument des SwRI spürte die Elektronen auf, die das Polarlicht verursachten. Wenn diese Elektronen auf die Koma des Gases treffen, die den Kometen umgibt, werden Wasser und andere Bestandteile des Gases abgebaut, wodurch ein Leuchten im UV-Licht entsteht. Das Alice FUV-Spektrometer spürte das Leuchten der Polarlichter.
„Anfangs dachten wir, die ultravioletten Emissionen des Kometen 67P seien Phänomene, die als ‚Tagesleuchten‘ bekannt sind, ein Prozess, der durch die Wechselwirkung von Sonnenphotonen mit Kometengas verursacht wird“, sagte Dr. Joel Parker vom SwRI, der den Spektrographen Alice leitet. „Wir waren erstaunt, als wir entdeckten, dass es sich bei den UV-Emissionen um Polarlichter handelt, die nicht von Photonen, sondern von Elektronen im Sonnenwind angetrieben werden, die Wasser und andere Moleküle in der Koma aufbrechen und in der nahen Umgebung des Kometen beschleunigt wurden. Die resultierenden angeregten Atome machen dieses unverwechselbare Licht.“
Eine der Komplexitäten moderner Weltraummissionen wie Rosetta besteht darin, alle Daten zu verwalten. Rosetta selbst verfügt über 10 separate Instrumente und Kameras, und der Lander Philae verfügt über ein Dutzend Instrumente und Kameras. Alle Daten dieser Instrumente müssen integriert werden, um beste Ergebnisse zu erzielen.
„Dadurch mussten wir uns nicht nur auf einen einzigen Datensatz von einem Instrument verlassen“, sagte Hauptautor Galand, der ein Team leitete, das ein physikbasiertes Modell verwendete, um Messungen verschiedener Instrumente an Bord von Rosetta zu integrieren. „Stattdessen könnten wir einen großen Datensatz mit mehreren Instrumenten zusammenstellen, um ein besseres Bild von dem zu bekommen, was vor sich ging. Dies ermöglichte es uns, eindeutig zu identifizieren, wie sich die ultravioletten Atomemissionen von 67P/C-G bilden, und ihre Aurora-Natur zu enthüllen.“
Diese Zahl aus der neuen Forschung zeigt, wie verschiedene Instrumente dazu beigetragen haben, die UV-Aurora des Kometen 67P zu erkennen. Ein Multi-Instrument-Ansatz wird angewendet, um den Ursprung der FUV-Emissionen zu bestätigen, indem die energiereichen Elektronen verknüpft werden, die in situ vom Rosetta Plasma Consortium (RPC)-Elektronenspektrometer gemessen wurden (zu), die Kometenmoleküle, die in situ vom Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) und aus der Ferne vom Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter (MIRO) und dem Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) beobachtet wurden (B) und die vom FUV-Spektrographen von Alice erfassten FUV-Atomemissionen (C).
„Ich habe fünf Jahrzehnte lang die Polarlichter der Erde studiert“, sagte Burch. „Es ist überraschend und faszinierend, Polarlichter um 67P zu finden, denen ein Magnetfeld fehlt.“
Wie also erzeugt ein Komet ohne Magnetfeld eine Aurora?
Der Schlüssel ist das, was man an nennt ambipolares elektrisches Feld . Dieses Feld erzeugt einen Elektronendruckgradienten, der zu einer Art Brunnen führt, der Elektronen in Richtung des Kometenkerns zieht.
In ihrer Arbeit schreiben die Autoren „Solarwind-Elektronen (rote Punkte) werden hauptsächlich entlang der drapierten magnetischen Feldlinien beschleunigt, wenn sie in einen Potentialtopf fallen, wenn sie sich dem Kometenkern nähern (Flugbahnen, die durch die Elektronenenergie in Feige. 4 ). Dieser Potentialtopf wird durch ein ambipolares elektrisches Feld erzeugt, das vom Kometenplasma erzeugt wird und aus dem großen Elektronendruckgradienten resultiert.“
Diese Abbildung aus der Studie zeigt die Quelle der Elektronen, die die FUV-Auroren des Kometen 67P verursachen. Der Komet hat kein Magnetfeld wie Planeten. Stattdessen erzeugt das Plasma des Kometen ein ambipolares elektrisches Feld, das die Sonnenelektronen beschleunigt. Die grünen Pfeile stellen das auf die Elektronen wirkende Feld dar. Die Elektronenbahnen sind mit nach Energie farbcodierten Linien dargestellt. Hinweis: Der Kometenkern ist nicht maßstabsgetreu. Bildquelle: Galand et al., 2020.
Wissenschaftler haben immer mehr Polarlichter um die Planeten im Sonnensystem gefunden. Aber sie haben noch nie einen um einen Kometen herum beobachtet. Es weist auf die verschiedenen Pfade hin, die Polarlichter erzeugen können.
Auf der Erde werden sie durch geladene Sonnenpartikel erzeugt, die um die Magnetosphäre gelenkt werden, bevor sie schließlich die Pole des Planeten erreichen. Dort interagieren die geladenen Teilchen mit Molekülen in der Atmosphäre, um ihr Leuchten zu erzeugen.
Auf dem Mars interagiert der Sonnenwind mit dem verbleibenden Magnetfeld der Kruste, um die Mars-Aurora , da der Mars kein globales Magnetfeld hat. Und Venus produziert a Art der Polarlichter auch anders als andere Planeten.
Aber diese kometenhafte Aurora ist wieder anders. Diese Aurora erfordert keine besonders energetischen Sonnenausbrüche. Stattdessen erzeugt die Wechselwirkung des Sonnenwinds und des Kometenplasmas eine lokalisierte Beschleunigung der Sonnenwindpartikel, die zur Aurora führt.
Wie die Autoren in ihrem Artikel schreiben, „… tritt die kometäre Aurora sogar ohne Ausbrüche von solaren energetischen Teilchen auf.“
Die Rosetta-Mission der ESA war bahnbrechend. Es war die erste Raumsonde, die einen Kometen umkreiste, und die erste, die neben einem Kometen ins Innere des Sonnensystems vordrang. Es war auch die erste Mission, bei der ein Lander auf einem Kometen platziert wurde, obwohl die Philae Lander Die Mission wurde abgebrochen.
Jetzt kann es dieser Liste die Entdeckung der ersten kometenhaften Aurora hinzufügen.
Mehr:
- Pressemitteilung: SwRI-INSTRUMENTE AN BORD VON ROSETTA HILFEN UNERWARTETE ULTRAVIOLETTE AURORA BEI EINEM KOMET . ZU ERKENNEN
- Neue Forschung: Helle ultraviolette Aurora auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko . identifiziert
- Universum heute: Der Mars hat auch Polarlichter, wir können sie einfach nicht sehen