[論文レビュー] Disintegration of Comet C/2012 S1 (ISON) Shortly Before Perihelion: Evidence from Independent Data Sets

Z. Sekanina, R. Kracht|arXiv (Cornell University)|Apr 23, 2014

Astro and Planetary Science参考文献 4被引用数 19

ひとこと要約

本稿は、SOHOおよびSTEREO探査機からの独立したデータを用いて、C/2012 S1 (ISON)のコメットの崩壊を分析し、2つの主要な出来事を明らかにした。1つは、約100 AUでアモルファスアイスのアニーリングによる砂利の早期生成であり、もう1つは近日点の1週間前に発生した爆発的ガス放出イベントの連続である。核は近日点の3.5時間前に5.2太陽半径の距離で完全に破壊され、ガス放出はすべて終了し、活動的でない破片は残らなかった。

ABSTRACT

As an Oort Cloud object with a record small perihelion distance of 2.7 Rsun and discovered more than a year before its encounter with the Sun, comet C/2012 S1 is a subject of considerable scientific interest. Its activity along the orbit's inbound leg evolved through a series of cycles. Two remarkable events preserved in SOHO's and/or STEREO's near-perihelion images of its tail were an early massive production of gravel at heliocentric distances of up to ~100 AU, evidently by the annealing of amorphous water ice on and near the nucleus' surface; and, about a week before perihelion, a rapid series of powerful explosions, from the comet's interior, of water with dust at extremely high rates, causing precipitous fragmentation of the nucleus, shattering it into a vast number of sublimating boulders, and ending up, a few days later, with a major, sudden drop in gas emission. The disintegration of the comet was completed by about 3.5 hours before perihelion, at a heliocentric distance of 5.2 Rsun, when C/2012 S1 ceased to exist as an active comet. The orbital motion in this period of time was subjected to progressively increasing outgassing-driven perturbations. A comprehensive orbital analysis results in successfully fitting the comet's observed motion from 2011 to ~7 hours before perihelion.

研究の動機と目的

• 独立した観測データセットを用いて、太陽に近接する際のコメットC/2012 S1 (ISON)の物理的崩壊プロセスを調査すること。
• 特に昇華とガス放出力の役割を含め、コメットの極端な活動性と破壊を引き起こすメカニズムを特定すること。
• 軌道に影響を与える非重力的加速度をモデル化し、その太陽からの距離および揮発性成分への依存関係を評価すること。
• コメットの崩壊が熱的応力、昇華、または潮汐力によるものであったかを評価し、他の太陽接近彗星と比較すること。
• 質量損失の歴史とチリの分布を再構築し、特に近日点後の核の運命と生存破片の状態を評価すること。

提案手法

• SOHO/C3およびSTEREO/HI1の地上および宇宙機からの光度観測データを用い、時間経過に伴う正規化光曲線およびH2O生成率を構築した。
• 異なる観測者および機器間での明るさ測定を標準化するために、Marcus（2007）の位相補正則を適用した。
• 2011年から近日点の約7時間前までのアストロメトリック観測データを用いて、重力的および非重力的力の適合を含む包括的な軌道解析を実施した。
• Marsdenら（1973）のStyle II形式に基づいた修正された非重力的法則を用い、観測された摂動に一致するようスケーリング距離を調整した。
• 近日点後のC3画像を用いて、断面積の推定値およびサイズ分布の仮定に基づき、チリストリームの形状および昇華行動をモデル化した。
• 特に1 AU未満の距離での近日点近傍におけるナトリウム昇華と放射圧が非重力的加速度に与える寄与を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 C/2012 S1が近日点の直前に急速に崩壊した原因は何であり、そのメカニズムを裏付ける証拠は何か？
• RQ2 このコメットの活動性は、内側への接近に伴い、ガス放出と破壊の複数サイクルをどのように経験したか？
• RQ3 特に揮発性成分の昇華による非重力的力が、軌道にどの程度の影響を与え、太陽からの距離に応じてどのように変化したか？
• RQ4 近日点後に生存した破片のサイズと組成は何か？活動的破片は検出されたか？
• RQ5 C/2012 S1の崩壊行動は、C/2011 W3（Lovejoy）やC/1962 C1（Seki-Lines）などの他の太陽接近彗星とどのように比較できるか？

主な発見

• コメットの核は近日点の3.5時間前に太陽中心からの距離5.2太陽半径の地点で完全に破壊され、活動的破片は生存しなかった。
• 100 AUまでの太陽からの距離で、アモルファス水アイスのアニーリングによる早期の質量損失が発生し、37 K程度の低温での熱的処理によるものとされる。
• 近日点の1週間前に、水蒸気およびチリを極めて高いレートで放出する内部爆発が連続的に発生し、急速に昇華する岩塊に分解された。
• 近日点近傍の非重力的加速度は最大で太陽の重力加速度の10⁻²倍に達し、主に揮発性成分の昇華によるものであり、ナトリウムの昇華も妥当な寄与要因である。
• 近日点後の破片雲に存在するチリの総断面積は50,000 km²未満と推定され、生存破片は0.25 m未満、おそらく数ミリ未塔のサイズであると示唆された。
• 軌道解析により、コメットはオールト雲に由来し、4.9 AUを超える距離で強い非重力的摂動を受けており、標準的な水ベースの非重力的法則では1 AU以降の振るまいを説明できないことが確認された。