In 2014 heeft de European Space Agency’s (ESA) Rosetta ruimtevaartuig schreef geschiedenis toen het komeet 67P / Churyumov-Gerasimenko ontmoette. Deze missie zou de eerste in zijn soort zijn, waarbij een ruimtevaartuig een komeet onderschepte, hem volgde terwijl hij in een baan om de zon draaide en een lander op zijn oppervlak zette. De komende twee jaar zou de orbiter deze komeet bestuderen in de hoop dingen te onthullen over de geschiedenis van het zonnestelsel.
In deze tijd stuurde het wetenschappelijke team van Rosetta de orbiter ook op zoek naar tekenen van de boogschok van de komeet - de grens die zich vormt rond objecten als gevolg van interactie met zonnewind. In tegenstelling tot wat ze dachten, heeft een recente studie aangetoond dat Rosetta in een vroeg stadium tekenen van een boogschok rond de komeet heeft kunnen detecteren. Dit is de eerste keer in de geschiedenis dat de vorming van een boogschok in ons zonnestelsel is waargenomen.
Zoals opgemerkt, zijn boogschokken het resultaat van geladen deeltjes (plasma) die afkomstig zijn van de zon (ook bekend als zonnewind) en objecten op zijn pad onderscheppen. Dit proces leidt tot de vorming van een gebogen, stationaire schokgolf voor het object. Ze worden zo genoemd omdat ze, wanneer ze worden gevisualiseerd, op een boeg lijken en hun gedrag vergelijkbaar is met golven die zich rond de boeg van een schip vormen terwijl het door turbulent water snijdt.
Naast planeten en grotere lichamen zijn er rond kometen boogschokken waargenomen. Na verloop van tijd kan de interactie tussen het plasma van de zon en een object een effect hebben op het object zelf, zijn boogschok en de omgeving. Omdat kometen een uitstekende manier zijn om plasma in het zonnestelsel te bestuderen, hoopte het Rosetta-team een boogschok rond Comet 67P te detecteren en van dichtbij te bestuderen.
Om dit te bereiken, Rosetta vloog tussen 2014 en 2016 meer dan 1500 km (932 mijl) van het centrum van 67P op zoek naar grootschalige grenzen rond de komeet. Buiten het medeweten van het missieteam in die tijd, vloog Rosetta meerdere keren rechtstreeks door de boogschok, voordat en nadat de komeet het dichtste punt bij de zon langs zijn baan bereikte.
Zoals Herbert Gunell - een onderzoeker van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie, Umeå Universiteit en een van de hoofdauteurs van de studie - uitlegde in een ESA-persbericht:
“We zochten een klassieke boogschok in het soort gebied dat we zouden verwachten, ver weg van de kern van de komeet, maar vonden er geen, dus we kwamen oorspronkelijk tot de conclusie dat Rosetta geen enkele soort schok. Het lijkt er echter op dat het ruimtevaartuig wel degelijk een boegschok heeft gevonden, maar dat het nog in de kinderschoenen stond. In een nieuwe analyse van de gegevens hebben we deze uiteindelijk ongeveer 50 keer dichter bij de kern van de komeet gezien dan verwacht in het geval van 67P. Het ging ook op een manier die we niet hadden verwacht, en daarom misten we het in eerste instantie. "
De eerste detectie vond plaats op 7 maart 2015, toen de komeet meer dan 2 astronomische eenheden (AU's) van de zon verwijderd was - d.w.z. tweemaal de afstand tussen de aarde en de zon. Toen de komeet de zon naderde, Rosetta gegevens toonden tekenen van een boogschok die zich begon te vormen. Dezelfde indicatoren werden gedetecteerd op 24 februari 2016, toen de komeet van de zon weg bewoog.
Een duidelijke aanwijzing dat dit een boogschok was in de vroege stadia van vorming was de vorm. Vergeleken met volledig ontwikkelde boogschokken die rond andere kometen werden waargenomen, was de grens rond komeet 67 / P asymmetrisch en breder dan normaal. Charlotte Goetz, een onderzoeker van het Institute for Geophysics and Extraterrestrial Physics die de studie mede leidde, legde uit:
'Zo'n vroege fase van de ontwikkeling van een boogschok rond een komeet was nog nooit eerder voor Rosetta vastgelegd. De babyschok die we in de gegevens van 2015 zagen, is later geëvolueerd naar een volledig ontwikkelde boogschok toen de komeet de zon naderde en actiever werd - we zagen dit echter niet in de Rosetta-gegevens, omdat het ruimtevaartuig te dichtbij was tot 67P op dat moment om de 'volwassen' schok te detecteren. Toen Rosetta hem in 2016 weer zag, was de komeet op weg terug van de zon, dus de schok die we zagen was in dezelfde staat, maar 'vervormd' in plaats van te vormen. '
Om de eigenschappen van de boogschok te bepalen, onderzocht het onderzoeksteam de gegevens van het Rosetta Plasma Consortium - een suite van vijf verschillende instrumenten die zijn ontworpen om de plasma-omgeving rond Comet 67P te bestuderen. Door deze gegevens te combineren met een plasmamodel, konden ze de interactie van de komeet met de zonnewind simuleren.
Wat ze ontdekten was dat toen de boogschok rond Rosetta werd gevormd, het magnetische veld sterker en turbulent werd. Dit werd gekenmerkt door het feit dat periodiek zeer energetisch geladen deeltjes worden geproduceerd en verhit in het gebied van de boegschok zelf. Voordien bewogen deze deeltjes langzamer en was de zonnewind over het algemeen zwakker.
Dit, concludeerden ze, was het gevolg van het feit dat Rosetta 'stroomopwaarts' was van een boogschok toen de eerste metingen werden verkregen, en vervolgens 'stroomafwaarts' toen de tweede metingen werden verkregen - wat overeenkwam met de komeet die nadert en zich terugtrekt van de zon. Zoals Matt Taylor, een ESA Rosetta Project Scientist, aangaf:
“Deze waarnemingen zijn de eerste van een boogschok voordat deze volledig is gevormd en zijn uniek omdat ze op locatie bij de komeet worden verzameld en de schok zelf. Deze bevinding benadrukt ook de kracht van het combineren van metingen met meerdere instrumenten en simulaties. Het is misschien niet mogelijk om een puzzel op te lossen met één dataset, maar als je meerdere aanwijzingen samenbrengt, zoals in deze studie, kan het beeld duidelijker worden en echt inzicht bieden in de complexe dynamiek van ons zonnestelsel - en de objecten erin, zoals 67P. '
Behalve dat het een historische ontdekking was, bood de detectie van deze boogschok in formatie een unieke gelegenheid om in-situ metingen van de plasma-omgeving van het zonnestelsel te verzamelen. Ondanks dat Rosetta beëindigde zijn missie door twee jaar geleden een impact te hebben op het oppervlak van de komeet, wetenschappers om te blijven profiteren van de gegevens die het verzamelde in de tijd dat het om komeet 67 / P draaide.
