Em 2014, a Agência Espacial Europeia (ESA) Rosetta a sonda fez história quando se encontrou com o cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. Essa missão seria a primeira de seu tipo, onde uma espaçonave interceptaria um cometa, o seguiria enquanto orbitava o Sol e colocaria um lander em sua superfície. Pelos próximos dois anos, o orbitador estudaria esse cometa na esperança de revelar coisas sobre a história do Sistema Solar.
Nesse período, a equipe científica de Rosetta também orientou o orbitador a procurar sinais do choque do arco do cometa - o limite que se forma ao redor dos objetos como resultado da interação com o vento solar. Ao contrário do que eles pensavam, um estudo recente revelou que Rosetta conseguiu detectar sinais de um choque de arco ao redor do cometa em seus estágios iniciais. Isso constitui a primeira vez na história que a formação de um choque de arco foi testemunhada em nosso Sistema Solar.
Como observado, choques de arco são o resultado de partículas carregadas (plasma) que emanam do Sol (também conhecido como vento solar) interceptando objetos em seu caminho. Esse processo leva à formação de uma onda de choque curva e estacionária na frente do objeto. Eles são assim chamados porque, quando visualizados, se assemelham a um arco e seu comportamento é semelhante às ondas que se formam ao redor do arco de um navio enquanto corta águas turbulentas.
Além de planetas e corpos maiores, choques de arco foram detectados em torno de cometas. Com o tempo, a interação entre o plasma do Sol e um objeto pode afetar o próprio objeto, seu choque de arco e o ambiente circundante. Como os cometas são uma excelente maneira de estudar o plasma no Sistema Solar, a equipe da Rosetta esperava detectar um choque de arco em torno do Cometa 67P e estudá-lo de perto.
Para conseguir isso, Rosetta voou mais de 1500 km (932 milhas) do centro do 67P entre 2014 e 2016 em busca de limites em larga escala ao redor do cometa. Sem o conhecimento da equipe da missão na época, Rosetta realmente voou diretamente através do choque do arco várias vezes, antes e depois do cometa atingir seu ponto mais próximo do Sol ao longo de sua órbita.
Como Herbert Gunell - investigador do Instituto Belga Real de Aeronomia Espacial, Universidade de Umeå, e um dos principais autores do estudo - explicou num comunicado de imprensa da ESA:
“Procuramos um choque de arco clássico no tipo de área que esperávamos encontrar, longe do núcleo do cometa, mas não encontramos nenhum, então originalmente chegamos à conclusão de que Rosetta não havia encontrado nenhum tipo de choque. No entanto, parece que a espaçonave realmente encontrou um choque de arco, mas estava na infância. Em uma nova análise dos dados, nós finalmente o localizamos cerca de 50 vezes mais perto do núcleo do cometa do que o previsto no caso do 67P. Também mudou de maneiras que não esperávamos, e é por isso que inicialmente perdemos isso. "
A primeira detecção ocorreu em 7 de março de 2015, quando o cometa estava a mais de 2 unidades astronômicas (AUs) do Sol - ou seja, duas vezes a distância entre a Terra e o Sol. Quando o cometa se aproximou do Sol, Rosetta os dados mostraram sinais de um choque de arco começando a se formar. Os mesmos indicadores foram detectados em 24 de fevereiro de 2016, quando o cometa estava se afastando do Sol.
Uma indicação clara de que este foi um choque de arco nos estágios iniciais da formação foi sua forma. Comparado aos choques de arco totalmente desenvolvidos observados em torno de outros cometas, o limite detectado em torno do Cometa 67 / P era assimétrico e mais amplo do que o habitual. Como Charlotte Goetz, pesquisadora do Instituto de Geofísica e Física Extraterrestre que co-liderou o estudo, explicou:
“Uma fase tão inicial do desenvolvimento de um choque de arco em torno de um cometa nunca havia sido capturada antes de Rosetta. O choque infantil que vimos nos dados de 2015 mais tarde evoluiu para se tornar um choque de arco totalmente desenvolvido quando o cometa se aproximou do Sol e se tornou mais ativo - mas não vimos isso nos dados de Rosetta, pois a espaçonave estava muito perto para 67P naquele momento para detectar o choque 'adulto'. Quando Rosetta o viu novamente, em 2016, o cometa estava voltando do Sol, de modo que o choque que vimos estava no mesmo estado, mas 'sem forma' em vez de se formar ”.
Para determinar as propriedades do choque do arco, a equipe de pesquisa explorou dados do Rosetta Plasma Consortium - um conjunto de cinco instrumentos diferentes projetados para estudar o ambiente de plasma ao redor do Cometa 67P. Combinando esses dados com um modelo de plasma, eles foram capazes de simular as interações do cometa com o vento solar.
O que eles descobriram foi que, quando o choque do arco se formou em torno de Rosetta, seu campo magnético ficou mais forte e mais turbulento. Isso foi caracterizado por partículas carregadas altamente energéticas serem produzidas e aquecidas periodicamente na região do próprio choque do arco. Antes disso, essas partículas estavam se movendo mais lentamente e o vento solar era geralmente mais fraco.
Eles concluíram que isso foi o resultado de Rosetta estar "a montante" de um choque de arco quando as primeiras leituras foram obtidas, depois "a jusante" quando as segundas leituras foram obtidas - o que concordou com o cometa se aproximando e se afastando do Sol. Como Matt Taylor, um cientista do ESA Rosetta Project, indicou:
“Essas observações são as primeiras de um choque de arco antes de se formar completamente e são únicas ao serem coletadas no local no cometa e no próprio choque. Essa descoberta também destaca a força da combinação de medições e simulações de vários instrumentos. Pode não ser possível resolver um quebra-cabeça usando um conjunto de dados, mas quando você reúne várias pistas, como neste estudo, a imagem pode se tornar mais clara e oferecer uma visão real da dinâmica complexa do nosso Sistema Solar - e dos objetos nele, como 67P. "
Além de ser uma descoberta histórica, a detecção desse choque na formação proporcionou uma oportunidade única de coletar medições in situ do ambiente de plasma do Sistema Solar. Apesar de Rosetta terminou sua missão impactando na superfície do cometa há dois anos, os cientistas continuam a se beneficiar dos dados coletados durante o tempo em que orbitaram o cometa 67 / P.
