Избыток кислорода кометы 67P скорее иллюзия — новое исследование

Когда в 2015 году космический аппарат Европейского космического агентства «Розетта» обнаружил обильные выбросы молекулярного кислорода кометой 67P/Чурюмова-Герасименко (67P), это озадачило ученых.

Они никогда не видели, чтобы комета испускала кислород, тем более в таком изобилии. Но больше всего тревожили более глубокие последствия того, что исследователям пришлось объяснять такое большое количество кислорода, а это означало пересмотреть все, что, по их мнению, они уже знали о химии ранней Солнечной системы и о том, как она сформировалась.

Комета 67P/Чурюмова-Герасименко, замеченная космическим аппаратом Rosetta Европейского космического агентства в марте 2015 года. Комета 67P была первой известной кометой, излучающей молекулярный кислород, молекулу, редко встречающуюся во Вселенной из-за ее химической активности и сложности ее обнаружения.

Однако новый анализ, проведенный ученым-планетологом Адриенн Луспей-Кути из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, показывает, что открытие Розетты может быть не таким странным, как предполагали ученые. Вместо этого предполагается, что у кометы есть два внутренних резервуара, из-за которых кажется, что кислорода больше, чем на самом деле.

«Это какая-то иллюзия, — сказал Луспай-Кути. «На самом деле у кометы нет такого высокого содержания кислорода, по крайней мере, на этапе ее формирования, но в ней накапливается кислород, который задерживается в верхних слоях кометы, а затем высвобождается сразу».

Хотя молекулярный кислород распространен на Земле, молекулярный кислород (два атома кислорода, дважды связанные друг с другом) заметно необычен во Вселенной. Он быстро связывается с другими атомами и молекулами, особенно с повсеместно распространенными атомами водорода и углерода, поэтому кислород появляется только в небольших количествах всего в нескольких молекулярных облаках. Этот факт привел многих исследователей к выводу, что любой кислород в протосолнечной туманности, которая сформировала нашу Солнечную систему, вероятно, был поглощен аналогичным образом. imola ceramica

Однако когда Розетта обнаружила кислород, вытекающий из кометы 67P, все перевернулось с ног на голову. Никто раньше не видел кислород в комете, и как четвертая по распространенности молекула в яркой коме кометы (после воды, двуокиси углерода и угарного газа) нуждалась в некотором объяснении. Кислород, казалось, отделился от кометы вместе с водой, что заставило многих исследователей подозревать, что кислород был либо первичным — то есть он был связан с водой при рождении Солнечной системы и накапливался в комете, когда она позже сформировалась, — либо образовался из воды. после образования кометы.

Но Луспай-Кути и ее команда отнеслись к этому скептически. По мере того, как форма кометы постепенно вращается, каждый «колокол» (или полушарие) обращен к солнцу в разных точках, а это означает, что у кометы есть времена года, поэтому связь между кислородом и водой может присутствовать не постоянно. В короткие промежутки времени летучие вещества потенциально могут включаться и выключаться по мере того, как они оттаивают и замерзают в зависимости от времени года.

Теперь вы видите это, теперь вы не

Воспользовавшись этими сезонами, команда изучила молекулярные данные о коротких и длинных периодах времени непосредственно перед тем, как южное полушарие кометы вступило в лето, а затем еще раз, когда лето закончилось. Как сообщается в их исследовании, опубликованном 10 марта в журнале Nature Astronomy, команда обнаружила, что по мере того, как южное полушарие отворачивалось и находилось достаточно далеко от Солнца, связь между кислородом и водой исчезала. Количество воды, выходящей из кометы, резко упало, поэтому вместо этого кислород оказался тесно связан с двуокисью углерода и угарным газом, которые комета все еще испускала.

«Это невозможно в соответствии с предыдущими объяснениями», — сказал Луспай-Кути. «Если бы кислород был первичным и был связан с водой при своем образовании, не должно было быть времени, когда кислород сильно коррелировал бы с окисью углерода и двуокисью углерода, но не с водой».

Вместо этого команда предположила, что кислород кометы поступает не из воды, а из двух резервуаров: один состоит из кислорода, монооксида углерода и диоксида углерода глубоко внутри каменистого ядра кометы; и более мелкий карман ближе к поверхности, где кислород химически соединяется с молекулами водяного льда.

Идея звучит так: глубокий резервуар с кислородом, окисью углерода и окисью углерода постоянно выделяет газы, потому что кислород, окись углерода и окись углерода испаряются при очень низких температурах. Однако по мере того, как кислород перемещается из внутренней части кометы к поверхности, часть его химически внедряется в водяной лед (основной компонент ядра кометы), образуя второй, более мелкий резервуар кислорода. Но водяной лед испаряется при гораздо более высокой температуре, чем кислород, поэтому до тех пор, пока солнце не нагреет поверхность и не испарит водяной лед, кислород застрянет.

Следствием этого является то, что кислород может накапливаться в этом неглубоком резервуаре в течение длительных периодов времени, пока поверхность кометы, наконец, не нагреется настолько, чтобы водяной лед испарился, выпустив шлейф, намного более богатый кислородом, чем на самом деле присутствовал в комете.

«Иными словами, содержание кислорода, измеренное в коме кометы, не обязательно отражает его содержание в ядре кометы», — Луспай-К.

Следовательно, комета также будет колебаться в зависимости от времени года между сильной ассоциацией с водой (когда солнце нагревает поверхность) и сильной ассоциацией с двуокисью углерода и окисью углерода (когда эта поверхность обращена в сторону от Солнца, а комета находится достаточно далеко) — именно то, что — заметила Розетта.

«Это не просто одно объяснение: это [единственное] объяснение, потому что другой возможности нет», — сказал Оливье Мусис, планетолог из французского Экс-Марсельского университета и соавтор исследования. «Если бы кислород поступал только с поверхности, вы бы не увидели этих тенденций, наблюдаемых Розеттой».

По его словам, основной вывод заключается в том, что это означает, что кислород кометы 67P на самом деле является кислородом, который аккрецировался в начале Солнечной системы. Просто это лишь часть того, что люди думали.

Луспай-Кути сказала, что хочет более глубоко изучить эту тему, изучив второстепенные молекулярные частицы кометы, такие как метан и этан, и их корреляцию с молекулярным кислородом и другими основными частицами. Она подозревает, что это поможет исследователям лучше понять тип льда, в который был включен кислород.

«Вам все еще нужно придумать способ включить кислород в комету», — сказал Луспай-Кути, учитывая, что количество кислорода все еще выше, чем в большинстве молекулярных облаков. Но она сказала, что ожидает, что большинство исследователей примут исследование и его выводы со вздохом облегчения.