2014 rymmer Europeiska rymdorganisationen (ESA) rosetta rymdskepp gjorde historia när det möttes med kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko. Detta uppdrag skulle vara det första i sitt slag, där ett rymdskepp fångade upp en komet, följde den när den kretsade kring solen och satte ut en lander på ytan. Under de kommande två åren skulle orbiten studera denna komet i hopp om att avslöja saker om solsystemets historia.
Under denna tid riktade Rosettas vetenskapsteam också omloppsbanan att leta efter tecken på kometens bågschock - gränsen som bildas runt föremål som ett resultat av interaktion med solvind. Till skillnad från vad de trodde har en ny studie avslöjat att Rosetta lyckades upptäcka tecken på en bågschock runt kometen i sina tidiga stadier. Detta utgör första gången i historien att bildandet av en bågschock har bevittnats i vårt solsystem.
Som nämnts är bågschocker resultatet av laddade partiklar (plasma) som härstammar från solen (alias solvind) som fångar upp föremål i dess väg. Denna process leder till bildandet av en krökt, stationär chockvåg framför objektet. De kallas så för att när de visualiseras liknar de en båge och deras beteende liknar vågor som bildas runt ett bågs båge när det skär genom turbulent vatten.
Förutom planeter och större kroppar har bågskockar upptäckts runt kometer. Med tiden kan interaktionen mellan solens plasma och ett objekt påverka själva objektet, dess bågschock och den omgivande miljön. Eftersom kometer är ett utmärkt sätt att studera plasma i solsystemet hoppades Rosetta-teamet att upptäcka en bågschock runt Comet 67P och studera den på nära håll.
För att uppnå detta, rosetta flög över 1500 km (932 mi) från 67P: s centrum mellan 2014 och 2016 på jakt efter storskaliga gränser runt kometen. Oavsett att uppdragsteamet vid den tiden flög Rosetta faktiskt direkt genom bågschocken flera gånger, före och efter att kometen nådde sin närmaste punkt till solen längs sin bana.
Som Herbert Gunell - en forskare från Royal Belgian Institute for Space Aeronomy, Umeå universitet och en av huvudförfattarna på studien - förklarade i ett ESA-pressmeddelande:
”Vi letade efter en klassisk bågschock i den typ av område vi förväntar oss att hitta en, långt borta från kometens kärna, men hittade ingen, så vi kom ursprungligen till slutsatsen att Rosetta inte hade upptäckt någon form av chock. Det verkar dock som att rymdskeppet faktiskt hittade en bågschock, men att det var i sin barndom. I en ny analys av data, såg vi så småningom den cirka 50 gånger närmare kometens kärna än väntat i fallet med 67P. Det rörde sig också på sätt som vi inte förväntade oss, varför vi inledningsvis missade det. ”
Den första upptäckten ägde rum den 7 mars 2015, då kometen var över 2 astronomiska enheter (AU) från solen - dvs dubbelt avståndet mellan jorden och solen. När kometen närmade sig solen, rosetta data visade tecken på en bågschock som började bildas. Samma indikatorer upptäcktes den 24 februari 2016, när kometen rörde sig bort från solen.
En tydlig indikation på att detta var en bågschock i de tidiga stadierna av bildandet var dess form. Jämfört med fullt utvecklade bågschocker som observerades runt andra kometer, var gränsen detekterad kring Comet 67 / P asymmetrisk och bredare än vanligt. Som Charlotte Goetz, en forskare från Institute for Geophysics and Extraterrestrial Physics som ledde studien, förklarade:
”En så tidig fas av utvecklingen av en bågschock runt en komet hade aldrig fångats innan Rosetta. Spädbarnschocken som vi upptäckte i 2015-uppgifterna har senare utvecklats till att bli en fullt utvecklad bågschock när kometen närmade sig solen och blev mer aktiv - vi såg dock inte detta i Rosetta-uppgifterna, eftersom rymdskeppet var för nära till 67P vid den tiden för att upptäcka den "vuxna" chocken. När Rosetta upptäckte det igen, 2016, var kometen på väg tillbaka ut från solen, så chocken som vi såg var i samma tillstånd men "oformande" snarare än att bilda. "
För att bestämma bågschockens egenskaper undersökte forskarteamet data från Rosetta Plasma Consortium - en svit med fem olika instrument utformade för att studera plasmamiljön kring Comet 67P. Genom att kombinera dessa data med en plasmamodell kunde de simulera kometens interaktion med solvinden.
Vad de fann var att när bågschocken bildades runt Rosetta blev magnetfältet starkare och mer turbulent. Detta kännetecknades av att kraftigt laddade partiklar periodiskt producerades och upphettades i själva bågschocken. Före detta hade dessa partiklar rört sig långsammare och solvinden var generellt svagare.
Detta, drog de slutsatsen, var resultatet av att Rosetta var "uppströms" av en bågschock när de första avläsningarna erhölls, sedan "nedströms" när de andra avläsningarna erhölls - vilket överensstämmer med att kometen närmade sig och avtog från solen. Som Matt Taylor, en ESA Rosetta-projektforskare, indikerade:
”Dessa observationer är den första av en bågschock innan den formar sig helt och är unik när de samlas på plats vid kometen och chocker sig själv. Detta fynd belyser också styrkan i att kombinera mätningar och simuleringar av flera instrument. Det kanske inte är möjligt att lösa ett pussel med ett datasæt, men när du sätter ihop flera ledtrådar, som i denna studie, kan bilden bli tydligare och ge verklig inblick i den komplexa dynamiken i vårt solsystem - och föremålen i det, som 67P. ”
Förutom att det var en historisk upptäckt gav upptäckten av denna bågschock i formandet en unik möjlighet att samla in-situ-mätningar av solsystemets plasmamiljö. Även om rosetta avslutade sitt uppdrag genom att påverka kometens yta för två år sedan, forskare att fortsätta att dra nytta av de uppgifter som den samlade under den tid som den kretsade om Comet 67 / P.
