Geomorphology of the Imhotep region on comet 67P/Churyumov-Gerasimenko from osiris observations

A&A 583, A35 (2015)

Fig. 9.

Roundish features in the center of the Imhotep region. Upper

panel: examples of roundish features: (A) with a rim and a depres-

sion on top, (B) with a rim and a fine-material mesa on top, some-

times bulging and (C) multiple roundish features that are nested in or

are vertically stacked on top of each other, and (D) roundish feature

covered by fine material. This image was acquired with the NAC cam-

era on 16 Sept. 2014 from a distance of 28 km. The spatial resolution

is 50 cm

/pix. (NAC_2014-09-16T01.17.56.) Lower panel: anaglyph of

the roundish feature area from two NAC images acquired on 22 Nov.

2014 from a distance of 31 km. The spatial resolution is 56 cm

/pix.

(NAC_2014-11-22T06.52.)

shape, elevated relative to the surroundings. They are located in

the gravitationally lowest area of the Imhotep region and have

not yet been observed in any other region of 67P (

Thomas et al.

2015b

). They present a rim and at their top either a depression

(Fig.

9

, type A) or a mesa of a fine material that sometimes forms

a bulge (Fig.

9

, type B). Many of these roundish features appear

in groups that are nested in or are vertically stacked on top of

each other (Fig.

9

, type C). A few roundish features appear to

Fig. 10.

Size distribution of roundish features. We counted more

than 70, with sizes between 2 m (lower limit with our images) and 59 m.

Fig. 11.

Regions in the south of Imhotep that begin to be illuminated,

revealing additional roundish features. This image was acquired with

the NAC camera on 31 Oct. 2014 from a distance of 33 km. The spatial

resolution is 63 cm

/pix. (NAC_2014-10-31T14.19.35.)

be covered by a fine material (Fig.

9

, type D). Some roundish

features are also located on the terraces and more particularly on

the margins of the terraces close to basin F. From south to north,

roundish features seem to be more degraded and less filled with

a fine material.

With a spatial resolution of 50 cm

/pix (Fig.

9

), we identi-

fied more than 70 roundish features, with sizes (diameter) be-

tween 2 m (lower limit with our images) and 59 m (Fig.

10

).

Their size distribution is neither flat nor Gaussian or logarith-

mic, so that there does not seem to be a characteristic size for

these features. The general trend is a decrease of their number

for larger sizes, but this is subject to caution because of the low

statistic.

Finally, as 67P approaches perihelion, the southern part of

Imhotep starts to be illuminated, and additional roundish fea-

tures become visible (Fig.

11

).

3.7. Boulders

Similar to many other regions on 67P (

El-Maarry et al. 2015

;

Pajola et al. 2015

), Imhotep shows many boulders, with sizes

A35, page 6 of

13

---

A.-T. Auger et al.: Geomorphology of the Imhotep region on comet 67P

/Churyumov-Gerasimenko from OSIRIS observations

Fig. 12.

Cumulative size distribution of 2207 boulders, which follows a

power law with an exponent of 2.8

± 0.1.

(diameter) from 2 m (lower limit with our images) to 90 m. We

counted 2207 boulders in Fig.

2

. Their cumulative size distribu-

tion is shown in Fig.

12

and follows a power law with an expo-

nent of

−2.8 ± 0.1. It is complete down to 6 m in size.

Boulders are mainly located on the slopes surrounding the

regional gravitational low, and more particularly on southward

slopes in the western half of the region (Figs.

4

and

5

). Their

slope distribution peaks around 10

◦

, and most boulders are lo-

cated on intermediate slopes between 5

◦

and 25

◦

. There are

no boulders on slopes steeper than 50

◦

, and 98% of them are

located on gravitational slopes lower than 35

◦

(Fig.

13

, upper

panel). There are very few boulders on smooth and flat terrains

(slope < 3

◦

). Finally, there is no obvious correlation between the

size of the boulders and the gravitational slopes of the terrain on

which they stand (Fig.

13

, lower panel).

The boulders di

ffer not only in size, but also in texture. They

could either be conglomerate or highly fractured (Fig.

15

). If

they are fractured, fractures cross each other and do not have a

specific and unique orientation.

4. Discussion: geomorphology and processes

4.1. Smooth terrains

Smooth terrains can be considered as relatively undisturbed ar-

eas that evolve slowly and where material has time to settle and

accumulate. No fracture cuts through the smooth terrains as it

does in rocky terrains, which suggests that the smooth terrains

are more recent than the fractures or that they consist of loose

material that is unable to retain fractures.

The erosion of rocky terrains and boulders may form the fine

material constituting the smooth terrains. This eroded material

may originate from di

fferent regions on the nucleus: a) it can be

formed in situ, at the current location of the smooth terrain; b) it

can be transported by gravity from the borders of the Imhotep

basins; c) or it can be air-fall deposits from the coma following

Fig. 13.

Upper panel: histogram of the number of boulders as a func-

tion of the gravitational slope of the terrain on which they stand. Lower

panel: gravitational slope of the terrain on which boulders stand as a

function of their size.

an ejection processes in any other part of the nucleus. We explore

here several processes related to these di

fferent origins.

Thermal fatigue – smooth terrain on small bodies is not un-

common and has already been subject to several interpretations.

An explanation for the ponds on Eros is the in situ erosion of

boulders by thermal fatigue (

Dombard et al. 2010

). The ponds

and boulders in question are located at or near the equator of

Eros, similar to Imhotep on 67P, where the diurnal thermal cy-

cles are the strongest. However, smooth terrains around boulders

on Eros do not extend very far, typically a few boulder radii. It

therefore seems unlikely that the large amount of fine material

on Imhotep is entirely due to thermal fatigue.

Dust levitation –

Colwell et al.

(

2005

) adopted the idea of

dust levitation reported by

Lee

(

1996

) to provide another expla-

nation for the formation of dust ponds on Eros. Dust is trans-

ported in photoelectron layers and redeposited in shadow areas

or trapped in gravitational lows. If applicable to 67P, this process

only applies to particles smaller than

∼1 µm and thus only con-

cerns a small fraction (in mass) of the observed smooth terrain,

which includes larger particles up to the decimeter scale.

Air-fall deposits – on 67P, the sublimation process leads to

the ejection of particles that fall back onto the surface if they do

not reach the escape velocity. Their fall is guided by the gravi-

tational attraction and is then oriented toward the nearest grav-

itational low. However, this transport mechanism is limited to

boulders smaller than the meter scale because larger boulders are

A35, page 7 of

13

---