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Insolation, Erosion, and Morphology of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Keller, H. U. und Mottola, S. und Davidsson, B. und Schröder, S.E. und Skorov, Y. und Kührt, E. und Groussin, O. und Pajola, M. und Hviid, S. und Preusker, Frank und Scholten, F. und A’Hearn, M. F. und Sierks, H. und Barbieri, C. und Lamy, P. und Rodrigo, R. und Koschny, D. und Rickman, H. und Barucci, M. A. und Bertaux, J. L. und Bertini, I. und Cremonese, G. und Da Deppo, V. und Debei, S. und De Cecco, M. und Fornasier, S. und Fulle, M. und Gutiérrez, P. J. und Ip, W.-H. und Jorda, L. und Knollenberg, J. und Kramm, J. R. und Küppers, M. und Lara, L. M. und Lazzarin, M. und Lopez Moreno, J. J. und Marzari, F. und Michalik, H. und Naletto, G. und Sabau, L. und Thomas, N. und Vincent, J.-B. und Wenzel, K.-P. und Agarwal, J. und Güttler, C. und Oklay, N. und Tubiana, C. (2015) Insolation, Erosion, and Morphology of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Astronomy and Astrophysics, 583, A34. EDP Sciences. doi: 10.1051/0004-6361/201525964. ISSN 0004-6361.

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Kurzfassung

Context. The complex shape of 67P and its oblique rotation axis cause pronounced seasonal effects. Irradiation and hence activity vary strongly. Aims. We investigate the insolation of the cometary surface in order to predict the sublimation of water ice. The strongly varying erosion levels are correlated with the topography and morphology of the present cometary surface and its evolution. Methods. The insolation as a function of heliocentric distance and diurnal (spin dependent) variation is calculated using >105 facets of a detailed digital terrain model. Shading, but also illumination and thermal radiation by facets in the field of view of a specific facet are iteratively taken into account. We use a two layer model of a thin porous dust cover above an icy surface to calculate the water sublimation, presuming steady state and a uniform surface. A model, that includes the history of warming and cooling due to thermal inertia, is restricted to a much simpler shape model but allows us to test various distributions of active areas. Results. Sublimation from a dirty ice surface yields maximum erosion. A thin dust cover of 50 µm yields similar rates at perihelion. Only about 6% of the surface need to be active to match the observed water production rates at perihelion. A dust layer of 1 mm thickness suppresses the activity by a factor 4 to 5. Erosion on the south side can reach more than 10 m per orbit at active spots. The energy input to the concave neck area (Hapi) during northern summer is enhanced by about 50% due to self-illumination. Here surface temperatures reach maximum values along the foot of the Hathor wall. Integrated over the whole orbit this area receives the least energy input. Based on the detailed shape model the simulations identify “hot spots” in depressions and larger pits in good correlation with observed dust activity. ¾ of the total sublimation is produced while the sub-solar latitude is south, resulting in a distinct dichotomy in activity and morphology. Conclusions. The northern areas display a much rougher morphology than what is seen on Imhotep, an area at the equator that will be fully illuminated when 67P is closer to the Sun. Self-illumination in concave regions enhance the energy input and hence erosion. This explains the early activity observed at Hapi. Cliffs are more prone to erosion than horizontal often dust covered areas which leads to surface planation. Local activity can only persist if the forming cliff walls are eroding. Comet 67P has not only two lobes but also two distinct sides. Transport of material from the south to the north is probable. The morphology of the Imhotep plain should be typical for the terrains on the yet unseen south.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/97272/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Insolation, Erosion, and Morphology of Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Keller, H. U.Institute of Planetary Research, DLR, Rutherfordstrasse 2, 12489 Berlin, Germany, keller (at) mps.mpg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mottola, S.stefano.mottola (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0457-3872NICHT SPEZIFIZIERT
Davidsson, B.Institute of Planetary Research, DLR, Rutherfordstrasse 2, 12489 Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, S.E.stefanus.schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0323-8324NICHT SPEZIFIZIERT
Skorov, Y.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kührt, E.ekkehard.kuehrt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Groussin, O.Aix Marseille Université, CNRS, LAM (Laboratoire d’Astro- physique de Marseille) UMR 7326, 13388, Marseille, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pajola, M.Center of Studies and Activities for Space (CISAS) “G. Colombo”, University of Padova, Via Venezia 15, 35131 Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hviid, S.stubbe.hviid (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Preusker, Frankfrank.preusker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9005-4202NICHT SPEZIFIZIERT
Scholten, F.frank.scholten (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
A’Hearn, M. F.Department for Astronomy, University of Maryland, College Park, MD 20742-2421, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sierks, H.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barbieri, C.University of Padova, Department of Physics and Astronomy, vicolo dell’Osservatorio 3, 35122, Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lamy, P.Aix Marseille Université, CNRS, LAM (Laboratoire d’Astro- physique de Marseille) UMR 7326, 13388, Marseille, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rodrigo, R.International Space Science Institute, Hallerstraße 6, 3012 Bern, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Koschny, D.Research and Scientific Support Department, European Space Agency, 2201 Noordwijk, The NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rickman, H.Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, 75120 Uppsala, SwedenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Barucci, M. A.LESIA, Obs. de Paris, CNRS, Univ Paris 06, Univ. Paris-Diderot, 5 Place J. Janssen, 92195 Meudon, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bertaux, J. L.LATMOS, CNRS/UVSQ/IPSL, 11 Boulevard d’Alembert, 78280 Guyancourt, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bertini, I.Center of Studies and Activities for Space (CISAS) “G. Colombo”, University of Padova, Via Venezia 15, 35131 Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cremonese, G.University of Padova, Department of Physics and Astronomy, vicolo dell’Osservatorio 3, 35122, Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Da Deppo, V.CNR–IFN UOS Padova LUXOR, Via Trasea 7, 35131 Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Debei, S.Department of Mechanical Engineering – University of Padova, Via Venezia 1, 35131 Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
De Cecco, M.UNITN, Università di Trento, Via Mesiano, 77, 38100 Trento, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fornasier, S.LESIA, Obs. de Paris, CNRS, Univ Paris 06, Univ. Paris-Diderot, 5 Place J. Janssen, 92195 Meudon, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fulle, M.INAF – Osservatorio Astronomico di Trieste, via Tiepolo 11, 34143 Trieste, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gutiérrez, P. J.Instituto de Astrofísica de Andalucía – CSIC, 18080 Granada, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ip, W.-H.Institute for Space Science, National Central University, 32054 Chung-Li, TaiwanNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jorda, L.Aix Marseille Université, CNRS, LAM (Laboratoire d’Astro- physique de Marseille) UMR 7326, 13388, Marseille, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knollenberg, J.joerg.knollenberg (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kramm, J. R.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Küppers, M.ESA/ESAC, PO Box 78, 28691 Villanueva de la Cañada, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lara, L. M.Instituto de Astrofísica de Andalucía – CSIC, 18080 Granada, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lazzarin, M.University of Padova, Department of Physics and Astronomy, vicolo dell’Osservatorio 3, 35122, Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lopez Moreno, J. J.Instituto de Astrofísica de Andalucía – CSIC, 18080 Granada, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Marzari, F.University of Padova, Department of Physics and Astronomy, vicolo dell’Osservatorio 3, 35122, Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michalik, H.Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze, 38106 Braunschweig, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Naletto, G.Department of Information Engineering - University of Padova, Via Gradenigo 6, 35131 Padova, ItalyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sabau, L.Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, 28850 Torrejón de Ardoz, SpainNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thomas, N.Physikalisches Institut, Sidlerstrasse 5, University of Bern, CH-3012 Bern, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vincent, J.-B.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wenzel, K.-P.Research and Scientific Support Department, European Space Agency, 2201 Noordwijk, The NetherlandsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Agarwal, J.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Güttler, C.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oklay, N.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tubiana, C.Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Justus-von-Liebig-Weg, 337077 Göttingen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2015
Erschienen in:Astronomy and Astrophysics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:583
DOI:10.1051/0004-6361/201525964
Seitenbereich:A34
Verlag:EDP Sciences
ISSN:0004-6361
Status:veröffentlicht
Stichwörter:comets, comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, Space vehicles, Rosetta, numerical
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Hinterlegt von: Bründl, Tara-Marie
Hinterlegt am:08 Dez 2015 13:29
Letzte Änderung:27 Nov 2023 14:10

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