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



Yüklə 259,81 Kb.
Pdf görüntüsü
səhifə7/7
tarix14.06.2018
ölçüsü259,81 Kb.
#48651
1   2   3   4   5   6   7

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

/Churyumov-Gerasimenko from OSIRIS observations



– depleted in fine-material deposits in contrast to all other

gravitational lows on Imhotep and on the nucleus, and it is



– located close to terraces. Processes that can form round fea-

tures on the surface are a) impact cratering; b) collapsing; or

c) cometary activity.

Impact cratering can explain the rim observed for the roundish

features, with the compression induced by this process, but it

cannot explain the cylindrical shape or the bulging top of some

roundish features. In a similar way, the collapse of a primordial

cavity cannot explain the cylindrical rimmed shape. These two

processes, impact cratering and collapsing, seem excluded. We

remain with cometary activity as the most plausible process that

formed the roundish features.

Brownlee et al.

(

2004


) proposed that the cylindrical shape of

the roundish features might be an ancient gas conduit consoli-

dated by the deposit of harder particles like water ice on its walls.

Walls have been exposed to the surface following the erosion of

the surrounding terrains.

Belton & Melosh

(

2009


) developed this

idea of gaseous conduit with their concept of a “spouting flow”

of CO and CO

2

gas rising up from the comet interior to the sur-



face and leading to outbursts.

Roundish features are located close to terraces, suggesting

that they are closely linked. Following the idea of

Brownlee et al.

(

2004


), we propose that roundish features are indeed ancient de-

gassing conduits that have been revealed by the di

fferential ero-

sion of pre-existing layers (Fig.

19

). Their consolidated walls al-



low their shape to be preserved and also prevent the retreat of the

layers, which explains why some roundish features are located

at the margins of terraces and why some are only barely visi-

ble (type D in Fig. 9). The erosion explains the depletion in fine

material and boulders in this region. Northern roundish features

are more degraded, which indicates that they may have been ex-

posed for a longer time to solar illumination. Moreover, terraces

are orientated toward the north. These two observations suggest

that the erosion front proceeds from north to south. The source

of gas at the origin of the conduit formation and the reason why

the erosion is – or was – more e

fficient in basin E are still un-

clear, but the passage of the comet at perihelion may bring us

answers.


Finally, we also mention the strong similarity of the roundish

features on Imhotep with those observed on the nucleus of comet

9P

/Tempel 1 (Fig.



20

). They share similar morphological proper-

ties, are all located in a gravitational low and have similar sizes,

from some tens of meters to 350 m for the largest ones (

Thomas

et al. 2007



).

4.6. Bright areas

If bright patches, which are bluer than their surroundings, do

indeed reveal the presence of water ice (

Pommerol et al. 2015

;

Capaccioni et al. 2014



), bright areas should be the youngest part

of the region, as they are the most unstable. The presence of

bright patches further reinforces the idea that the basins have

been enlarged by the progressive retreat of their borders; this re-

treat is more e

fficient at the perihelion passage since it is driven

by sublimation. Figure

7

shows that the bright areas are indeed



associated with mass wasting, but also with collapsing pieces of

the surrounding rocky terrain. From these observations, and in

particular because of the icy scarp visible in the east-southeast

of the region (Fig.

7

, bottom), it seems likely that most if not



all rocky terrains do contain a large fraction of water ice, hidden

under a layer depleted in volatiles. It is not possible, however,

to estimate the amount of water ice and the thickness of the de-

pleted layer from our observations.



Fig. 19.

Scenario for the formation and evolution of roundish features as

ancient degassing conduits. A) Initial nucleus surface, covered by fine

material. B) Formation of active degassing conduits, resulting in the

erosion of the fine material. C) Activity of degassing conduits stops and

fine material progressively covers them. D) Di

fferential erosion starts

on the surrounding terrains, revealing ancient degassing conduits (no

longer active) from north to south. E) Current state: the ancient conduits

are more or less degraded depending on how long they were exposed to

solar illumination. Fine material still covers or hides the less exposed

conduits.

4.7. Boulders

Boulders on Imhotep are mostly related to mass wasting. The

mass wasting of the northern and western part of Imhotep are

clearly associated with the surrounding scarps, and more partic-

ularly so on the southward slopes (Fig.

15

). The profusion of



boulders in the east may be mass wasting from the eastern high-

lands, but the top of the mass wasting is flat, which makes this

A35, page 11 of

13



A&A 583, A35 (2015)

Fig. 20.

Roundish features on comet 9P

/Tempel 1, from tens of meters

to 350 m for the largest ones.

hypothesis doubtful. An in situ conglomerate that is eroding and

then reveals its constitutive boulders seems more likely.

As discussed in previous paragraphs, boulders likely are the

erosion products of rocky terrains. But rocky terrains can be a

homogeneous material or a conglomerate, so that boulders might

also be remobilized boulders. We do not intend to answer the

question of the primordial or evolutionary nature of boulders

here, but it is clear that many boulders tend to be cut and recut

by fractures.

The origin of the large isolated boulders in the middle of

some smooth terrains is a key point (Fig.

2

). With a size of tens



of meters, they cannot be air-fall deposits (Sect. 4.1), unless a

large, highly speculative outburst were assumed. We prefer the

scenario where these boulders are the remnants of a previous

mass wasting at the foot of the previous scarp location, when

basins were less wide. They have slightly sunk since, as material

accumulated around them. They do not show a dust deposit on

their top, which further reinforces the idea that air-fall deposits

only account for a small fraction of the smooth terrains.



5. Conclusions

We have shown that the Imhotep region is of double interest: its

location near the equator, which makes it representative of a re-

gion illuminated from aphelion to perihelion that is even poten-

tially active at perihelion, and its wide variety of morphologies,

which allows examining a broad panel of processes. Although it

is very low, gravity plays a significant role in the formation and

evolution of the regional geomorphology, implying mass wast-

ing and transport of materials. Cometary processes are respon-

sible for the formation of roundish cylindrical features by gas

pressure and contribute to the erosion of the cli

ffs by sublima-

tion, with the highest intensity expected at perihelion.

This overview of the geomorphology of Imhotep and of the

processes responsible for its landscape allow us to propose a sce-

nario for the formation and evolution of this region:



Cyclic and on-going processes:

1. Formation of basins – the collapse of large cavities, tens of

meters or more, leads to the formation of basins. These cav-

ities are primordial voids, resulting from the nucleus forma-

tion process. Some first-generation basins may no longer be

visible today.

2. Enlargement and infill of basins – the sublimation of ices

leads to the erosion of basins and to their progressive infill

with fine material and boulders by mass wasting.

3. Formation of smooth terrains – the degradation of boulders

and fine material from mass wasting, plus air-fall deposits,

leads to the accumulation of smooth material in gravita-

tional lows. Fracturing probably exacerbates this degradation

process.


Transient events:

1. Formation of basin F – the formation of this large structure

and associated fractures was triggered by either an impact or

the rising up of a gas bubble from the interior of the nucleus.

2. Formation of roundish features – these cylindrical features

are probably ancient degassing conduits revealed by the dif-

ferential erosion of surrounding less compacted materials.

The layers suggested by the terraces around basin F probably

predate the formation of this basin. They might either be pri-

mordial, resulting from the nucleus formation process, or result

from an ancient evolutionary process.

This scenario implies a general flattening of the region to-

ward smooth terrains, a process similar to that observed on

Earth, where old geological regions tend to be flatter than young

regions. The next step to further constrain this scenario is to de-

tect and monitor changes on the Imhotep region with Rosetta,

as 67P approaches perihelion. A fundamental question is where

erosion occurs today on Imhotep, if it does at all.



Acknowledgements. OSIRIS was built by a consortium of the Max-Planck-

Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen, Germany, CISAS-University

of Padova, Italy, the Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France, the

Instituto de Astrofísica de Andalucia, CSIC, Granada, Spain, the Research and

Scientific Support Department of the European Space Agency, Noordwijk, The

Netherlands, the Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, Madrid, Spain,

the Universidad Politéchnica de Madrid, Spain, the Department of Physics and

Astronomy of Uppsala University, Sweden, and the Institut für Datentechnik und

Kommunikationsnetze der Technischen Universität Braunschweig, Germany.

The support of the national funding agencies of Germany (DLR), France

(CNES), Italy (ASI), Spain (MEC), Sweden (SNSB), and the ESA Technical

Directorate is gratefully acknowledged. We thank David Romeuf from the

University Claude Bernard Lyon 1 (France) for creating the red and blue

anaglyph in Fig.

9

.

References



Abe, S., Mukai, T., Hirata, N., et al. 2006,

Science, 312, 1344

A’Hearn, M. F., Belton, M. J. S., Delamere, W. A., et al. 2005,

Science, 310, 258

Basilevsky, A., & Keller, H. 2007,

Sol. Syst. Res., 41, 109

Belton, M. J., & Melosh, J. 2009,

Icarus, 200, 280

Belton, M. J., Thomas, P., Veverka, J., et al. 2007,

Icarus, 187, 332

Belton, M. J., Thomas, P., Carcich, B., et al. 2013,

Icarus, 222, 477

Bockelée-Morvan, D., Crovisier, J., Mumma, M., & Weaver, H. 2004, Comets II,

391


Boehnhardt, H. 2004,

Comets II, 1, 301

Britt, D., Boice, D., Buratti, B., et al. 2004,

Icarus, 167, 45

Brownlee, D. E., Horz, F., Newburn, R. L., et al. 2004,

Science, 304, 1764

Capaccioni, F., Coradini, A., Filacchione, G., et al. 2015, Science, 347,

http://


www.sciencemag.org/content/347/6220/aaa0628.full.pdf

Capaccioni, F., Filacchione, G., & Erard, S. 2014, AGU Fall Meeting

Colwell, J. E., Gulbis, A. A., Horányi, M., & Robertson, S. 2005,

Icarus, 175,

159

Delbó, M., Libourel, G., Wilkerson, J., et al. 2014,



Nature, 508, 233

Dombard, A. J., & Freed, A. M. 2002,

Geophys. Res. Lett., 29, 65

Dombard, A. J., Barnouin, O. S., Prockter, L. M., & Thomas, P. C. 2010,

Icarus,

210, 713


Dones, L., Weissman, P. R., Levison, H. F., et al. 2004,

Comets II, 1, 153

Duncan, M., Levison, H., & Dones, L. 2004,

Comets II, 1, 193

El-Maarry, M. R., Thomas, N., Giacomini, L., et al. 2015,

A&A, 583, A26

A35, page 12 of

13



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

/Churyumov-Gerasimenko from OSIRIS observations

Fornasier, S., Hasselmann, P. H., Barucci, M. A., et al. 2015,

A&A, 583, A30

Gaskell, R. W., Barnouin-jha, O. S., Scheeres, D. J., et al. 2008,

Meteoritics

Planet. Sci., 43, 1049

Groussin, O., & Lamy, P. 2003,

A&A, 412, 879

Gulkis, S., Allen, M., von Allmen, P., et al. 2015,

Science, 347, 709

Hartogh, P., Lis, D. C., Bockelée-Morvan, D., et al. 2011,

Nature, 478, 218

Jorda, L., Gaskell, R., Hviid, S., & Capanna, C. 2014, AGU Fall Meeting

Keller, H. U., Küppers, M., Fornasier, S., et al. 2007,

Icarus, 191, 241

Keller, H. U., Mottola, S., Davidsson, B., et al. 2015,

A&A, 583, A34

Kelley, M. S., Lindler, D. J., Bodewits, D., et al. 2013,

Icarus, 222, 634

Lee, P. 1996,

Icarus, 124, 181

Love, S. G., Hörz, F., & Brownlee, D. E. 1993,

Icarus, 105, 216

Massironi, M., Simioni, E., Marzari, F., et al. 2015, Nature, accepted

Miyamoto, H., Yano, H., Scheeres, D. J., et al. 2007,

Science, 316, 1011

Molaro, J., & Byrne, S. 2012, J. Geophys. Res.: Planets, 117

Pajola, M., Vincent, J.-B., Güttler, C., et al. 2015,

A&A, 583, A37

Pochat, N., Vance, S., & Collins, G. 2009, in

AGU Fall Meeting Abstracts, 1,

1289

Pommerol, A., Thomas, N., El-Maarry, M. R., et al. 2015,



A&A, 583, A25

Richardson, J. E., Melosh, H. J., & Greenberg, R. 2004,

Science, 306, 1526

Richardson, J. E., Melosh, H. J., Greenberg, R. J., & O’Brien, D. P. 2005,

Icarus,

179, 325


Sierks, H., Barbieri, C., Lamy, P. L., et al. 2015,

Science, 347, 1044

Sunshine, J. M., A’Hearn, M. F., Groussin, O., et al. 2006,

Science, 311, 1453

Tauber, F., & Kuhrt, E. 1987,

Icarus, 69, 83

Thomas, N., Davidsson, B., El-Maarry, M. R., et al. 2015a,

A&A, 583, A17

Thomas, N., Sierks, H., Barbieri, C., et al. 2015b, Science, 347,

http://www.

sciencemag.org/content/347/6220/aaa0440.full.pdf

Thomas, P. 1993,

Icarus, 105, 326

Thomas, P., Joseph, J., Carcich, B., et al. 2002,

Icarus, 155, 18

Thomas, P. C., Veverka, J., Belton, M. J., et al. 2007,

Icarus, 187, 4

Thomas, P., A’Hearn, M., Belton, M., et al. 2013a,

Icarus, 222, 453

Thomas, P., A’Hearn, M. F., Veverka, J., et al. 2013b,

Icarus, 222, 550

Tubiana, C., Snodgrass, C., Bertini, I., et al. 2015,

A&A, 573, A62

Vanicek, P., & Krakiwsky, E. J. 1986,

Elsevier Science Pub. Co., 1, 697

Vincent, J., Lara, L., Tozzi, G., Lin, Z., & Sierks, H. 2013,

A&A, 549, A121

Vincent, J.-B., Oklay, N., Marchi, S., Höfner, S., & Sierks, H. 2014,

Planet.

Space Sci., 101, 186



Weidenschilling, S. 2004,

Comets II, 745, 97

Weissman, P. R., Asphaug, E., & Lowry, S. C. 2004,

Comets II, 1, 337

Werner, R., & Scheeres, D. 1996,

Celest. Mech. Dyn. Astron., 65, 313

1

Aix-Marseille



Université,

CNRS,


LAM

(Laboratoire

d’Astrophysique de Marseille) UMR 7326, 13388 Marseille,

France


e-mail: anne-therese.auger@lam.fr

2

Laboratoire GEOPS (Géosciences Paris Sud), Bât. 509, Université



Paris Sud, 91405 Orsay Cedex, France

3

Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides,



UMR 8028, 77 avenue Denfert Rochereau, 75014 Paris, France

4

Planetary Science Institute, Tucson, AZ 85719, USA



5

Physikalisches Institut, Sidlerstr. 5, University of Bern, 3012 Bern,

Switzerland

6

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, 37077 Göttingen,



Germany

7

Department of Physics and Astronomy, Padova University, Vicolo



dell’Osservatorio 3, 35122 Padova, Italy

8

Centro de Astrobiologia (INTA-CSIC), 28691 Villanueva de la



Canada, Madrid, Spain

9

International Space Science Institute, Hallerstrasse 6, 3012 Bern,



Switzerland

10

Scientific



Support

O

ffice, European Space Agency, 2201



Noordwijk, The Netherlands

11

Department of Physics and Astronomy, Uppsala University,



Box 516, 75120 Uppsala, Sweden

12

PAS Space Research Center, Bartycka 18A, 00716 Warszawa,



Poland

13

Institute for Geophysics and Extraterrestrial Physics, 38106



Braunschweig, Germany

14

Department of Astronomy, University of Maryland, College Park,



MD 20742-2421, USA

15

LESIA, Obs. de Paris, CNRS, Univ Paris 06, Univ. Paris-Diderot,



5 place J. Janssen, 92195 Meudon, France

16

LATMOS, CNRS



/UVSQ/IPSL, 11 boulevard d’Alembert, 78280

Guyancourt, France

17

University of Padova, CISAS, via Venezia 15, 35100 Padova, Italy



18

Department of Mech. Engineering University of Padova, via

Venezia 1, 35131 Padova, Italy

19

CNR-IFN UOS Padova LUXOR, via Trasea 7, 35131 Padova, Italy



20

UNITN, Universit di Trento, via Mesiano, 77, 38100 Trento, Italy

21

INAF–Osservatorio Astronomico, via Tiepolo 11, 34143 Trieste,



Italy

22

Instituto de Astrofisica de Andalucía (CSIC), Glorieta de la



Astronomía s

/n, 18008 Granada, Spain

23

Institute of Planetary Research, DLR, Rutherfordstrasse 2, 12489



Berlin, Germany

24

Institute for Space Science, Nat. Central Univ., 300 Chung Da Rd.,



32054 Chung-Li, Taiwan

25

Operations Department, European Space Astronomy Centre



/ESA,

PO Box 78, 28691 Villanueva de la Canada, Madrid, Spain

26

Southwest Research Institute, 1050 Walnut St., Boulder, CO 80302,



USA

27

INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, 35122 Padova, Italy



28

Centro di Ateneo di Studi ed Attivitá Spaziali “Giuseppe Colombo”

(CISAS), University of Padova, 35131 Padova, Italy

29

Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze der TU



Braunschweig,

Hans-Sommer-Str.

66,

38106


Braunschweig,

Germany


30

University of Padova, Department of Information Engineering, Via

Gradenigo 6

/B, 35131 Padova, Italy

31

Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial, Carretera de Ajalvir,



p.k. 4, 28850 Torrejon de Ardoz, Madrid, Spain

A35, page 13 of



13

Document Outline

  • Introduction
  • Data and tools
    • Images
    • Gravitational heights and slopes
    • Tools
  • Geomorphology of the Imhotep region
    • Smooth terrains
    • Rocky terrains
    • Accumulation basins
    • Bright areas
    • Linear features
    • Roundish features
    • Boulders
  • Discussion: geomorphology and processes
    • Smooth terrains
    • Rocky terrains
    • Accumulation basins
    • Terraces
    • Roundish features
    • Bright areas
    • Boulders
  • Conclusions
  • References

Yüklə 259,81 Kb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə