Σχηματισμός κατάθλιψης στον κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko

Οι φωτογραφίες του πυρήνα του κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko δείχνουν το απροσδόκητο σχήμα του:δύο ελλειψοειδείς όγκοι που ονομάζονται Κεφάλι και Σώμα, που συνδέονται με έναν «λαιμό». Στην επιφάνεια υπάρχουν πολλά βαθουλώματα, κοιλώματα και λεκάνες διαφορετικών σχημάτων και μεγεθών. Τα μεγαλύτερα από αυτά είναι το Hatmehit και το Imhotep, και τα δύο περίπου οβάλ, σχετικά ρηχά και ακτίνα περίπου μισού χιλιομέτρου. Ένα από αυτά βρίσκεται στο κεφάλι και το δεύτερο στο σώμα. Η εξήγηση της προέλευσής τους μέσω αριθμητικών προσομοιώσεων είναι μια απαιτητική εργασία.

Η επιφανειακή διάβρωση των κομητών σχετίζεται με την εξάχνωση του πάγου που βρίσκεται θαμμένος κάτω από πορώδες κοκκώδες υλικό που ιστορικά αποκαλείται «μανδύας σκόνης», αλλά περιέχει κάτι περισσότερο από σκόνη. Η αποτελεσματικότητα αυτής της διαδικασίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία, δηλαδή από την απόσταση από τον Ήλιο. Δυστυχώς, η τροχιακή ιστορία του κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko πριν από μερικές εκατοντάδες χρόνια είναι άγνωστη. Η διάβρωση κατά τη διάρκεια της γνωστής ιστορίας δεν αρκεί για να προκαλέσει σχηματισμό λεκάνης βάθους πάνω από μερικές δεκάδες μέτρα, ενώ το βάθος του Χατμεχίτ είναι περίπου 300 μέτρα. Ποιες άλλες διαδικασίες μπορεί να ευθύνονται για το σχηματισμό αυτής της λεκάνης;

Οι πυρήνες των κομητών δεν περιέχουν μόνο πάγο νερού, αλλά και πολύ πτητικό μονοξείδιο του άνθρακα. Για να γίνει ακόμα πιο περίπλοκη η κατάσταση, ο πάγος του νερού μπορεί να είναι σε άμορφη μορφή. Σε μια τέτοια περίπτωση, η διάχυση της θερμότητας από την επιφάνεια που θερμαίνεται από τον Ήλιο μπορεί να προκαλέσει κρυστάλλωση και απελευθέρωση θερμότητας της αλλαγής φάσης. Αυτό μπορεί να προκαλέσει εξάχνωση του μονοξειδίου του άνθρακα και αύξηση της πίεσης του αερίου, πιθανώς αρκετά μέτρα κάτω από την επιφάνεια. Η αυξανόμενη πίεση μπορεί να προκαλέσει έκρηξη, αλλά όχι. Είναι πιθανό η πίεση να αυξάνεται κάτω από ένα παχύ στρώμα υλικού που έχει υψηλή αντοχή εφελκυσμού, ενώ το παρθένο υλικό στο εσωτερικό του πυρήνα έχει πολύ χαμηλή αντοχή σε συμπίεση. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να συμβεί ο σχηματισμός κενού χώρου με συμπίεση του υποκείμενου υλικού.

Είναι σύνηθες φαινόμενο ο σχηματισμός σπηλαίων; Πιθανώς όχι. Η αντοχή σε εφελκυσμό του πάγου είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη από την αντοχή στη συμπίεση, ενώ η ευνοϊκή σχέση θα ήταν ακριβώς το αντίθετο. Ωστόσο, οι κομήτες αποτελούνται από κοκκώδες υλικό και ο πορώδης κοκκώδης πάγος μπορεί να υποστεί μεταμόρφωση, επίσης χωρίς καμία διαβάθμιση θερμοκρασίας. Ο ρυθμός της πυροσυσσωμάτωσης των κόκκων πάγου λόγω της θερμοκρασίας είναι μια εκθετική συνάρτηση της θερμοκρασίας και οδηγεί στο σχηματισμό ενός ενισχυμένου στρώματος υλικού ακριβώς κάτω από το μανδύα της σκόνης. Όταν η κοκκοποίηση του πάγου είναι πολύ λεπτή, η ενίσχυση μπορεί να είναι αρκετά αποτελεσματική ώστε να προκαλέσει το σχηματισμό του απαιτούμενου παχύ στρώματος ανθεκτικού υλικού και να σχηματιστεί μια σπηλιά.

Το επόμενο ερώτημα είναι τι συμβαίνει όταν μια σπηλιά υπάρχει ήδη κάτω από την επιφάνεια ενός κομήτη. Η επιφάνεια εξακολουθεί να θερμαίνεται από τον Ήλιο, ο πάγος εξαχνώνεται και το στρώμα που καλύπτει το σπήλαιο διαβρώνεται. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, γίνεται πολύ λεπτό για να παραμείνει σταθερό και πρέπει είτε να εκτιναχθεί είτε να καταρρεύσει. Η καθυστέρηση εξαρτάται από τις ιδιότητες του μανδύα της σκόνης και επίσης από την παρουσία οργανικών προσμείξεων στον πάγο. Ο κατάλογος των χημικών ειδών που υπάρχουν στους κομήτες είναι μακρύς και η επιρροή τους στην εξάχνωση του πάγου μπορεί να είναι πολύ διαφορετική.

Ένα ακόμη ενδιαφέρον πρόβλημα είναι η τύχη του υλικού που κάποτε συνέθετε την οροφή μιας σπηλιάς. Εξαρτάται από την ταχύτητα και την κατεύθυνση της εκτίναξης. Η ταχύτητα διαφυγής από τον κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko είναι μικρή (είναι της τάξης του 1 m s), αλλά η ταχύτητα του εκτοξευόμενου υλικού μπορεί στην πραγματικότητα να είναι μικρότερη από την ταχύτητα διαφυγής από τον κομήτη. Αυτό το υλικό (αργή εκτίναξη) επιστρέφει στον κομήτη, δημιουργώντας ιζηματογενή στρώματα. Θα πρέπει να είναι πολύ πορώδη, εξαντλημένα σε πάγο και ασταθή. Στον κομήτη 67P/Churyumov-Gerasimenko μια πρόσκρουση μετεωρίτη 1 kg με ταχύτητα 20 km μπορεί να είναι αρκετή για να προκαλέσει κατολίσθηση.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Comet 67p/Churyumov–Gerasimenko, πιθανή προέλευση της κατάθλιψης Hatmehit, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Icarus. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Konrad J. Kossacki και Leszek Czechowski από το Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας.