Hoe een komeet ademt: nieuw model verklaart de stofuitbarstingen van 67P
Tussen 2014 en 2016 vloog de Europese ruimtesonde Rosetta mee met komeet 67P/Churyumov-Gerasimenko, een hoopje ijs en steen van zo'n vier kilometer doorsnee. Wat Rosetta zag was verrassend: de komeet spuugde regelmatig wolken stof de ruimte in, alsof hij af en toe moest niezen. Jarenlang bleef het een raadsel waarom dat precies zo gebeurde. Nu heeft een team van onderzoekers een model gebouwd dat dit gedrag goed kan verklaren.
Een komeet is in feite een vuile sneeuwbal die om de zon draait. Onder een korst van stof zit waterijs. Komt de komeet dicht genoeg bij de zon, dan warmt die korst op en verdampt het ijs eronder, een proces dat sublimatie heet: ijs gaat direct over van vaste stof naar gas, zonder eerst te smelten.
De onderzoekers bouwden een rekenmodel met twee lagen: een stoflaag bovenop, en daaronder het verdampende ijs. Het bijzondere is dat de dikte van die stoflaag in het model niet vast staat, maar steeds verandert. Onder de korst bouwt de gasdruk zich op, net als stoom onder een deksel. Wordt die druk te hoog, dan knapt de korst en spuugt de komeet een lading stof weg. Daarna groeit er weer een nieuwe korst, tot de druk opnieuw te hoog wordt. Zo ontstaat een steeds terugkerend ritme van opbouw en uitbarsting.
Dit model blijkt de metingen van Rosetta goed te benaderen. Dat geldt vooral voor het gas en stof dat vrijkomt, en voor de kleine veranderingen in de baan en de tolbeweging van de komeet die ontstaan doordat ontsnappend gas als een soort mini-raketmotor werkt. Het model werkt het best voor het zuidelijk halfrond van de komeet, het oudere en meer onbewerkte gebied van 67P.
De onderzoekers ontdekten ook iets over de bouwstenen van de komeet zelf. Het model komt het beste overeen met de waarnemingen als je uitgaat van kleine stofklontjes van ongeveer een millimeter groot, met een verhouding stof tot ijs van ongeveer 2 tot 8. Het materiaal moet bovendien heel zwak zijn, minder dan 1 pascal aan sterkte (ter vergelijking: een blaadje papier dat op je hand ligt, drukt al met meer kracht dan dat). Hoe dieper je in de komeet kijkt, hoe zwakker het materiaal wordt.
Wat betekent dit (nog) niet: Het model klopt minder goed voor de noordelijke en meer stoffige delen van de komeet. Daar lijkt iets anders te spelen: stof dat na een uitbarsting weer terugvalt op het oppervlak en de boel opnieuw verandert. Dat proces zit nog niet in dit model, maar is volgens de onderzoekers onderwerp van vervolgonderzoek. Dit is bovendien een modelstudie van één komeet, gebaseerd op de meest gedetailleerde data die we van een komeet hebben. Of dit beeld ook voor andere kometen geldt, moet nog blijken.
Waarom is dit interessant? Kometen zijn tijdcapsules uit het begin van ons zonnestelsel, zo'n 4,5 miljard jaar oud. Begrijpen hoe hun oppervlak zich gedraagt, helpt ons te snappen waar kometen van gemaakt zijn en hoe ze door de tijd heen veranderen. Dat is ook belangrijk voor toekomstige missies die dichtbij of zelfs op een komeet willen landen.