Il ghiaccio d'acqua racconta la storia di Chury

Le osservazioni di Rosetta hanno confermato la presenza di ghiaccio d'acqua esposto sulla superficie della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Il nucleo si rivelò buio e polveroso quando la sonda raggiunse la cometa il 6 agosto 2014 per cui, nonostante l'abbondanza di emissioni di vapore acqueo, si riteneva che il ghiaccio d'acqua fosse nascosto sotto la crosta di Chury.

Le analisi dettagliate dello spettrometro VIRTIS ( Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer), uno degli strumenti della missione Rosetta che parla italiano, hanno confermato che il nucleo è rivestito per lo più di un materiale scuro, asciutto e ricco di composti organici ma misto a piccole quantità di ghiaccio d'acqua.

Uno studio precedente, basato sui dati rilevati tra settembre ed novembre 2014, aveva individuato 120 aree dieci volte più luminose rispetto alla luminosità media tipica del nucleo, due delle quali, nella regione Imhotep, confermate come ghiaccio d'acqua.
Tali zone erano a temperature medie di circa -120° Celsius e apparivano associate a pareti verticali e zone di accumulo di detriti.
Il ghiaccio d'acqua puro risultava essere appena il 5% delle aree campionate, il resto era polvere asciutta.

Una comparazione tra le misurazioni di VIRTIS ed alcuni modelli utilizzati per stabilire come i grani di ghiaccio di diverse dimensioni possono essersi mescolati, hanno mostrato la presenza di due famiglie: una composta da grani di diverse decine di micrometri di diametro, l'altra con grani grandi circa 2 millimetri. Questi dati contrastano con i granelli trovati da VIRTIS nella regione Hapi, sul collo della cometa, grandi solo pochi micrometri.

"Le varie popolazioni di grani di ghiaccio sulla superficie della cometa implicano diversi meccanismi di formazione e diverse scale temporali", ha spiegato Gianrico Filacchione, autore principale del nuovo studio, pubblicato sulla rivista Nature.

Ad Hapi, i grani molto piccoli sono associati con un sottile strato di 'frost' che si forma durante un ciclo giornaliero, a seguito della rapida condensazione in questa regione durante ogni rotazione della cometa in poco più di 12 ore.
"Al contrario, pensiamo che gli strati di grani con dimensioni millimetriche maggiori che vediamo in Imhotep hanno una storia più complessa. Essi probabilmente si sono formati lentamente nel tempo e vengono esposti solo occasionalmente attraverso l'erosione", ha affermato Gianrico nel report.

Questo può accadere se i grani di ghiaccio si compattano assieme attraverso il processo di sinterizzazione, oppure per sublimazione, quando il calore dal Sole penetra la superficie provocando l'evaporazione del ghiaccio sepolto. In questo caso, mentre parte del vapore acqueo può fuoriuscire dal nucleo, una frazione significativa si condensa in strati sotto la superficie. Questa idea è supportata da esperimenti di laboratorio che simulano il comportamento di sublimazione del ghiaccio sepolto sotto la polvere, riscaldato con luce solare. I test mostrano che più dell'80% del vapore acqueo rilasciato non attraversa il mantello di polvere ma piuttosto si deposita di nuovo sotto la superficie.

Energia supplementare per la sublimazione potrebbe essere fornita da una trasformazione nella struttura del ghiaccio a livello molecolare.
Alle basse temperature osservate sulle comete, il ghiaccio amorfo può mutare in ghiaccio cristallino, rilasciando energia.

"Gli strati sottili ricchi di ghiaccio che vediamo esposti vicino alla superficie possono essere una conseguenza di attività cometaria ed evoluzione, il che implica che la stratificazione globale non necessariamente avviene nella prima fase di formazione della cometa.", ha detto Fabrizio Capaccioni, ricercatore principale per VIRTIS.

Gli scienziati stanno ora analizzando i dati acquisiti da Rosetta nel corso della missione, quando la cometa si è avvicinata al Sole a metà 2015, per studiare l'evoluzione del ghiaccio esposto sulla superficie.

Exposed water ice on the nucleus of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko [abstract]
Although water vapour is the main species observed in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko and water is the major constituent of cometary nuclei, limited evidence for exposed water-ice regions on the surface of the nucleus has been found so far. The absence of large regions of exposed water ice seems a common finding on the surfaces of many of the comets observed so far. The nucleus of 67P/Churyumov-Gerasimenko appears to be fairly uniformly coated with dark, dehydrated, refractory and organic-rich material. Here we report the identification at infrared wavelengths of water ice on two debris falls in the Imhotep region of the nucleus. The ice has been exposed on the walls of elevated structures and at the base of the walls. A quantitative derivation of the abundance of ice in these regions indicates the presence of millimetre-sized pure water-ice grains, considerably larger than in all previous observations. Although micrometre-sized water-ice grains are the usual result of vapour recondensation in ice-free layers, the occurrence of millimetre-sized grains of pure ice as observed in the Imhotep debris falls is best explained by grain growth by vapour diffusion in ice-rich layers, or by sintering. As a consequence of these processes, the nucleus can develop an extended and complex coating in which the outer dehydrated crust10 is superimposed on layers enriched in water ice. The stratigraphy observed on 67P/Churyumov-Gerasimenko is therefore the result of evolutionary processes affecting the uppermost metres of the nucleus and does not necessarily require a global layering to have occurred at the time of the comet's formation.