摘要
太阳对彗星表面的加热提供了维持气体活动所必需的能量，通过气体活动尘埃被清除1，2．在这种动态环境中，两者都是昏迷3.，4还有原子核5，6在轨道中进化，改变它们的物理和成分性质。活跃核周围的环境由形状复杂多变的尘埃颗粒组成7由从表面冰的升华中释放出来的气体提升和扩散8，9．可见的尘埃颗粒的颜色变化很大:富含碳质有机物质的颗粒10呈现红色，同时富含硅酸镁11，12和water-ice-rich13，14颗粒呈蓝色，与颗粒大小分布、观测几何形状、活动水平和彗星家族类型有关。我们知道局部颜色的变化与颗粒大小的变化有关，例如海尔-波普彗星上由亚微米颗粒组成的蓝色喷流15或者是昏迷中破碎的颗粒16C/1999 S4(线性)。除了颗粒大小外，成分也影响彗发的颜色响应，因为透明挥发物在散射光中会产生大量的蓝色，就像深度撞击探测器与9P/Tempel 1号彗星碰撞后喷出的尘埃颗粒所观察到的那样17．在这里，我们报告了在彗发和67P/ Churyumov-Gerasimenko彗星近日点通道表面观察到的两个相反的季节颜色周期18．光谱分析表明在彗发中富集了由有机物质和非晶态碳组成的亚微米颗粒，导致在通过过程中变红。与此同时，尘埃逐渐从核心移走，导致地表暴露出更原始的蓝色冰层。在远离太阳的地方，我们发现由于尘埃的再沉积和表层脱水，彗核上水冰的丰度减少了，而彗发变得不那么红了。
这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问
访问选项
访问《自然》和其他54种《自然》杂志
获取Nature+，我们最超值的在线订阅
每月29.99美元
随时取消
订阅这本杂志
收到51个印刷问题和在线访问
199.00美元一年
每期仅需3.90美元
租或购买这篇文章
只要这篇文章，只要你需要它
39.95美元
价格可能受当地税收的影响，在结账时计算
数据可用性
VIRTIS校准的数据可通过欧洲航天局的行星科学档案网站(https://archives.esac.esa.int/psa/）.
参考文献
Gundlach, B.， Blum, J.， Keller, H. U. & Skorov, Y. V.是什么驱动彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的尘埃活动?阿斯特朗。12,54．583， a12(2015)。
Tubiana, C.等人。罗塞塔号上的欧西里斯和VIRTIS-M观测到的67P/Churyumov-Gerasimenko彗星在入站春分时产生的尘埃和气体的日变化。阿斯特朗。12,54．630， a23(2019)。
汉森，K. C.等。67P/Churyumov-Gerasimenko产水演化:经验模型和多仪器研究。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．462， s491-s506(2016)。
Bockelée-Morvan, D.等。彗星67P尘埃彗发的VIRTIS-H观测:光谱特性和色温随相位和海拔变化。阿斯特朗。12,54．630， a22(2019)。
Filacchione, G.等。Rosetta/VIRTIS分析67P/CG核的整体表面组成。(一)着陆前任务阶段。伊卡洛斯274， 334-349(2016)。
Ciarniello等人。Rosetta/VIRTIS分析67P/Churyumov-Gerasimenko核的整体表面组成。II)日和季节变化。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．462， s443-s458(2016)。
Güttler, C.等。67P彗星尘埃形态描述的合成。阿斯特朗。12,54．630， a24(2019)。
许伯纳，W. F.等人(编)彗星核的热与气体扩散，SR-004, 2006年6月(欧空局出版物司，2006年)。
Läuter, M.等。基于DFMS/COPS数据的67P/Churyumov-Gerasimenko彗星气源表面定位Mon。。r·阿斯特朗。Soc．483， 852-861(2019)。
Jewitt, D. & Meech, K. J.彗星颗粒散射与波长的关系，或者，“彗星尘埃是什么颜色?”12,54。J．310， 937-952(1986)。
Zubko, E.等。17P/Holmes彗星光度计观测的解释。匡特。光谱学。Radiat。为我国．112， 1848-1863(2011)。
Hadamcik, E.等人。彗星类似物散射光的线偏振:新样本小行星、彗星和流星2014(Muinonen, K. et al.)(2014)。
啤酒，E. in作为世界天文台事件的深刻影响:空间、时间和波长的协同作用(eds Kaüfl, H. U. & Sterken, C.) 59-67(施普林格，2009)。
Fernández, Y. R.等。彗星9P/Tempel 1深度撞击期间的近红外光曲线。伊卡洛斯187， 220-227(2007)。
Furusho, R.等人。海尔-波普彗星(C/1995 O1)内部彗发的偏振成像和颜色。出版。阿斯特朗。Soc。日本51， 367-373(1999)。
Hadamcik, E. & Levasseur-Regourd, a.c.彗星C/1999 S4的尘埃彗发(线性):核破坏期间的成像偏振测量。伊卡洛斯166， 188-194(2003)。
霍达普，K. W.等人。9P/Tempel 1号彗星深撞击喷射物的可见光和近红外分光光度法。伊卡洛斯187， 185-198(2007)。
泰勒，M. G. G. T.，阿尔托贝利，N.，布拉蒂，B. J. & Choukroun, M.罗塞塔任务轨道飞行器科学概述:彗星相位。菲尔。反式。r . Soc。一个375， 20160262(2017)。
科拉迪尼，A.等人。VIRTIS:用于罗塞塔任务的成像光谱仪。空间科学。牧师．128， 529-559(2007)。
Gicquel等人。罗塞塔号上的欧西里斯(OSIRIS)照相机探测到67P/Churyumov-Gerasimenko彗星彗发中冰聚集物的升华。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．462， s57-s66(2016)。
凯勒，h.u.等人。67P/Chuyumov-Gerasimenko彗星核上的季节性质量转移。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．469， s357-s371(2017)。
Fornasier, S. Rosetta的67P/Churyumov-Gerasimenko彗星褪去了布满灰尘的地幔，揭示了其冰冷的本质。科学354， 1566-1570(2016)。
Filacchione, G.等。67P/Churyumov-Gerasimenko彗星核上暴露的水冰。自然529， 368-372(2016)。
De Sanctis, M. C. Capria, M. T. & Coradini, A. 67P/Churyumov-Gerasimenko的热演化模型，新的罗塞塔目标。阿斯特朗。12,54．444， 605-614(2005)。
Capria, m.t.等人。67P/Churyumov-Gerasimenko彗星的内部有多原始?Mon。。r·阿斯特朗。Soc．469， s685-s694(2017)。
胡，等。罗塞塔号上的欧西里斯观测到的67P/Churyumov-Gerasimenko彗星上的季节性侵蚀和尘埃覆盖的恢复。阿斯特朗。12,54．604， a114(2017)。
阿加瓦尔等人。2016年7月03日爆发的67P彗星地下能量储存的证据。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．469， s606-s625(2017)。
Bockelée-Morvan, D.等。彗星67P在距太阳1.3 au处的爆发和静止昏迷:来自罗塞塔/VIRTIS-H观测的尘埃特性。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．469， s443-s458(2017)。
Frattin, E.等。67P Churyumov-Gerasimenko彗发中尘埃颗粒的近日点后测光。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．469， s195-s203(2017)。
Bardyn, A.等。由COSIMA/Rosetta测量的67P/Churyumov-Gerasimenko彗星中的富碳尘埃。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．469， s712-s722(2017)。
Vallat, C.等。罗塞塔号任务的科学规划过程。《宇航员．133， 244-257 (2017)
Filacchione, G.等。罗塞塔/VIRTIS-M的地面特征。2空间和辐射校准。启科学。Instrum．77， 103106-103106-9(2006)。
美国宇航局导航和辅助信息设施的辅助数据服务。星球。空间科学．44， 65-70(1996)。
Jorda, L.等人。Rosetta/OSIRIS观测到的67P/Churyumov-Gerasimenko彗星的全球形状、密度和旋转。伊卡洛斯277， 257-278(2016)。
非拉奇奥尼，G.校准地前恒星地在光谱测量和想象中可见的在行星上的次光晕。博士论文，Università di Napoli Federico(2006)。
Bohlin, R. C. & Gilliland, R. L.哈勃太空望远镜对织女星从远紫外到红外的绝对分光光度法。阿斯特朗。J．127， 3508-3515(2004)。
Rinaldi, G.等人。罗塞塔- virtis观测到的67P/ Churyumov-Gerasimenko彗星彗发的夏季爆发。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．481， 1235-1250(2018)。
Ciarniello等人。罗塞塔上VIRTIS-M彗星67P/Churyumov-Gerasimenko的光度特性。阿斯特朗。12,54．583， a31(2015)。
Capaccioni, F.等。VIRTIS/Rosetta看到的67P/Churyumov-Gerasimenko彗星富含有机物的表面。科学347， aaa0628(2015)。
Raponi, A.等人。67P/Churyumov-Gerasimenko地表暴露富冰区域的时间演化:光谱分析。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．462， s476-s490(2016)。
德·桑蒂斯，m.c.等人。67P/Churyumov-Gerasimenko彗星上水冰的日循环。自然525， 500-503(2015)。
Filacchione, G.等。67P/Churyumov-Gerasimenko彗星核上二氧化碳冰的季节性暴露。科学354， 1563-1566(2016)。
Hilchenbach, M.等人。彗星67P/Churyumov-Gerasimenko:尘埃颗粒碎片特写。12,54。j·列托人．816， 132(2016)。
博伦，C. F.和霍夫曼，D. R。小粒子对光的吸收和散射(威利,1983)。
波拉克，J. B.等。分子云和吸积盘中颗粒的组成和辐射特性。12,54。J．421， 615-639(1994)。
库兹，J. N.，埃斯特拉达，P. R. &桑福德，D. S.原行星星云和系外行星大气中聚集粒子的功利不透明度模型。12,54。j .增刊。爵士．210， 21(2014)。
祖布科，V. G.等。宇宙碳类似颗粒的光学常数- i。修正椭球连续分布的聚类模拟。Mon。。r·阿斯特朗。Soc．282， 1321-1329(1996)。
Dorschner, J.等人。迈向星际硅酸盐矿物学。2变组分镁铁硅酸盐玻璃的研究。阿斯特朗。12,54．300， 503-520(1995)。
Filacchione, G.等。67P/CG彗星的核组成及与其他彗星的比较。空间科学。牧师．215， 19(2019)。
芬克，U.和里纳尔迪，G.将彗发尘埃散射概念应用于罗塞塔任务。伊卡洛斯257， 9-22(2015)。
Kurucz, R. L.合成红外光谱。在IAU研讨会第154期，红外太阳物理学(Rabin, D. M. et al.) 523 (Kluwer, 1994)。
彗星67P/Churyumov-Gerasimenko进入太阳的彗发中的尘埃测量。科学347， aaa3905(2015)。
富勒，M.等。67P/Churyumov-Gerasimenko彗星从2.2 au到近日点尘埃大小分布的演化12,54。J．821， 19(2016)。
富勒，M.等。67P/Churyumov-Gerasimenko彗星原始蓬松粒子的密度和电荷。12,54。j·列托人．802， l12(2015)。
葛林科，史库拉托夫，杨国强光散射评论3(科哈诺夫斯基编，a.a.)第9章(施普林格实践，2008)。
确认
作者感谢以下支持这项工作的机构和机构:意大利航天局(ASI-Italy)，国家空间研究中心(cns - france)，德国中心für Luft-und Raumfahrt (DLR-Germany)。VIRTIS是由意大利、法国和德国的一个财团建造的，在IAPS的科学责任下，罗马INAF的Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali也领导了科学操作。欧空局的VIRTIS仪器开发由ASI(意大利)提供资金和管理，由法国天文台(Observatoire de Meudon)提供资金，由CNES和DLR(德国)提供资金。VIRTIS仪器工业主承包商是前Officine Galileo，现在是Leonardo公司，位于意大利佛罗伦萨Campi Bisenzio。这项研究利用了美国宇航局的天体物理数据系统。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
这篇论文是VIRTIS粉尘工作组的集体努力。F.G.作为论文的主要作者，对VIRTIS数据进行校准、处理和解释。F.C.作为VIRTIS的首席研究员管理实验;m.c.、A.R.和G.R.支持Mie散射计算和数据处理;F.C.和d.b.m。VIRTIS计划的67P昏迷观测;F.C.和G.F.计划用VIRTIS观测67P核;ses提供了彗发和核观测的几何文件;所有作者，包括m.c.d.c.， g.a.， v.m.， m.f.， A.L.和s.m.，都对结果的讨论做出了贡献。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
同行评审信息自然感谢Evgenij s . Zubko和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1 VIRTIS-M对67P核和彗发的典型观测实例。
左上:可见颜色RGB = (0.7, 0.55, 0.44 μm)图像，拉伸以饱和核，增强彗发中射流的可见性。右上:切线高度图像，其中绿色蒙版对应于包含所有距离肢体1到2.5公里切线高度的像素的环空。左下:来自官方管道(黑色曲线)和经织女星数据校正后的平均辐射光谱(红色曲线)。四次多项式拟合到校正亮度显示(青色曲线)。在拟合上检索到的最大发射波长用洋红色虚线表示。右下:对应我/F光谱归一化0.5 μm。在0.4 ~ 0.5和0.5 ~ 0.8 μm范围内，最佳拟合斜率分别用蓝色和绿色虚线表示。
扩展数据图2织女星信号和推导的VIRTIS响应度。
左上:织女星的平均光谱，DN，观测V1_00402035638。QUB(红色曲线)和校正暗电流的频谱，去除滤波器缺口(绿色曲线)。注意织女星和平均天空光谱的负尖峰的相关性(黑色曲线)。由于仪器点扩散函数和光谱倾斜，信号是从18像素取的平均值。右上:织女星的平均光谱，由扩展数据表中列出的四个观测数据得到2在应用了类似于前一个图中显示的处理之后。曲线用两点运行箱车滤波器求平均。织女星通量36以相对单位表示(蓝色曲线)。左下:Vega信号经两点运行箱车滤波器(红色曲线)和九点(蓝色曲线)归一化后，在高于标准响应值0.635 μm处求平均的VIRTIS响应度。右下:标准管道(黑色曲线)和Vega响应与9点运行箱车滤波器(红色曲线)之间的比较。两个响应之间的比值是蓝色曲线。
扩展数据图3罗塞塔航天器三维轨迹和太阳相位角随时间的变化。
上图:67P XYZ参考系中的罗塞塔轨道。沿着X轴显示从罗塞塔在2015-01-13T23:28:53 (MTP012)的位置开始，每20分钟增加1公里，以提高可视化。的Y太阳轴是朝向太阳的Z轴垂直于轨道平面。红线表示细胞核沿X轴。在每次观测中测量的综合亮度是根据色阶来报告的。下图:任务期间太阳相位角(太阳核中心罗塞塔)的变化。
权利和权限
关于本文
引用本文
菲拉奇奥尼，G.，卡帕乔尼，F.，恰尼洛，M.。et al。彗星67P的轨道水-冰循环从颜色变化。自然578， 49-52(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-1960-2
收到了：
接受：
发表：
发行日期：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-020-1960-2
这篇文章被引用
鹅卵石彗星核的宏观和微观结构与季节演化相协调
自然天文学(2022)
利用微重力实验了解行星的形成
自然物理评论(2021)
