Halley üstökös. Kép jóváírása: MPAE. Kattints a kinagyításhoz.
Mint a Max Planck Intézet emeritus professzora, Dr. Kissel egész életen át szentelte a üstökösök tanulmányozását. „A 20. század elején az üstökösfarkok a posztulációhoz, később pedig a„ napszél ”felfedezéséhez vezettek, amely ionizált atomok folyamatosan fújják el a napot. Ahogy a csillagászati megfigyelések erősebbek lettek, egyre több összetevő azonosítható volt, mind a szilárdtest részecskék, mind a gáznemű molekulák, semlegesek és ionizáltak. " Ahogy a külső Naprendszer látogatóinak tanulmányozási technikáinak finomabbá váltak, tegyük fel elméleteinket arról is, hogy mi képezheti őket - és hogyan néznek ki. Kissel azt mondja: „Számos modellt javasoltak egy üstökös dinamikus megjelenésének leírására, amelyből Fred Whipple volt a legígéretesebb. Posztulálta a víz-jégből és a porból álló magot. A nap hatására a víz-jég felszáll és felgyorsítja a porrészecskéket.
Mégis rejtélyek voltak - rejtélyek, amelyeket a tudomány lelkesen várta. "Halley-ig nem tudták, hogy sok üstökös része a Naprendszerünknek, és kering a Nap körül, ahogyan a bolygók teszik, éppen más típusú pályákon, és további hatásokkal járnak az anyagok kibocsátása miatt." megjegyzések Kissel. De csak azáltal, hogy közel álltunk és személyesen üstökösbe álltunk, sokkal többet fedeztünk fel. Miután Halley visszatért a belső naprendszerünkbe, üstökös elkapását tervezték, neve Giotto volt.
Giotto küldetése az volt, hogy színes fényképeket kapjon a magról, meghatározza az illékony komponensek elemi és izotópos összetételét a kometa kómában, megvizsgálja a szülőmolekulákat, és segítsen nekünk megérteni a fizikai és kémiai folyamatokat, amelyek a kometáris légkörben és az ionoszférában zajlanak. Giotto elsőként vizsgálta meg a plazmaáramlás makroszkopikus rendszereit, amelyek a kometár-nap szél kölcsönhatásából származnak. A prioritások listáján kiemelkedően fontos volt a gáztermelés mérése és a porrészecskék elemi és izotópösszetételének meghatározása. A tudományos kutatás szempontjából kritikus volt a poráram - mérete és tömeg-eloszlása, valamint a kritikus por-gáz arány. Mivel a fedélzeti kamerák az atommagot 596 km távolságra ábrázolták - meghatározva annak alakját és méretét -, a porkómában is megfigyelték a szerkezeteket és tanulmányozták a gázt semleges és ion tömeg-spektrométerrel. A tudomány gyanúja szerint a Giotto misszió szerint a gáz túlnyomórészt víz, de tartalmaz szén-monoxidot, szén-dioxidot, különféle szénhidrogéneket, valamint nyomot a vasból és a nátriumból.
A Giotto-misszió csoportkutatási vezetőjeként Dr. Kissel emlékeztet: „Amikor az 1P / Halley üstökös első befejező missziói eljöttek, egy atommagot egyértelműen azonosítottak 1986-ban. Ez volt az első alkalom, hogy a porrészecskék, az üstökös A felszabadult gázokat helyben elemezték, azaz ember okozta beavatkozás és a földre történő szállítás nélkül. ” Izgalmas idő volt a kometari kutatásban, a Giotto műszerein keresztül a Kisselhez hasonló kutatók mostantól hasonlóan tudtak adatokat tanulmányozni. Ezek az első elemzések azt mutatták, hogy a részecskék mind a nagy tömegű szerves anyag, mind a nagyon kicsi porrészecskék bensőséges keveréke. A legnagyobb meglepetés minden bizonnyal a nagyon sötét sejtmag (amely rávilágított a fénynek csak 5% -a), valamint a szerves anyag mennyisége és összetettsége. ”
De az üstökös valóban valami több volt-e vagy csak egy piszkos hógolyó? "A mai napig - tudomásom szerint - nincs olyan mérés, amely megmutatná az üstökös felületnek kitett szilárd vízjég létezését." Kissel mondja: „Ugyanakkor azt találtuk, hogy a víz (H2O) gázként felszabadulhat kémiai reakciók során, amikor az üstökösöt egyre inkább a nap melegíti. Ennek oka lehet a „látens hő”, azaz a nagyon hideg üstökös anyagban tárolt energia, amely intenzív kozmikus sugárzással szerezte meg az energiát, miközben a por kötőszakadás útján a csillagközi térben áthaladt. Nagyon közel áll ahhoz a modellhez, amelyet a késő J. Mayo Greenberg évek óta állít. ”
Most már tudjuk, hogy Halley üstökös a legeredményesebb anyagból állt, amit a Naprendszerben ismertünk. A nitrogén kivételével a bemutatott fényelemek bőségesen hasonlóak voltak, mint a saját Napunké. Több ezren porrészecskéket határoztak meg hidrogénnek, szénnek, nitrogénnek, oxigénnek, valamint ásványi anyagokat alkotó elemeknek, például nátrium, magnézium, szilícium, kalcium és vas. Mivel a könnyebb elemeket a magtól távol tárták fel, tudtuk, hogy ezek nem üstökös jégrészecskék. A csillagokat körülvevő csillagközi gáz kémiai tanulmányainkból megtanultuk, hogyan reagálnak a szénlánc-molekulák olyan elemekre, mint a nitrogén, az oxigén és egy nagyon kis részben a hidrogén. A szélsőséges hőmérsékleti hidegben polimerizálódhatnak - megváltoztatva ezeknek a vegyületeknek a molekuláris elrendezését, új formává alakulva. Nekik ugyanaz a százalékos összetételük lenne, mint az eredeti, de nagyobb molekulatömeggel és eltérő tulajdonságokkal. De mi ezek a tulajdonságok?
Néhány nagyon pontos információnak köszönhetően, amelyet a szonda szoros találkozásából tapasztalt a Comet Halley, Ranjan Gupta, az Egyetemi Csillagászati és Asztrofizikai Központ (IUCAA) és munkatársai, nagyon érdekes eredményeket tettek az üstökös por összetételével és szóródási tulajdonságaival. Mivel a komédi küldetések kezdete „repülõ út” volt, az összes elfogott anyagot in situ elemezték. Ez a fajta elemzés azt mutatta, hogy az üstökös anyagok általában szilikátok és szén elegye, amorf és kristályos szerkezetben a mátrixban. Amint a víz elpárolog, ezeknek a szemcséknek a méretei a szubmikrontól mikronig terjednek, és természetüknél fogva nagyon porózusak - nem gömbös és szabálytalan alakúak.
Gupta szerint az ilyen szemcsékből származó fényszórás korai modelljeinek nagy része „a hagyományos Mie elmélettel rendelkező szilárd gömbökön alapult, és csak az utóbbi években - amikor az űri missziók erõs bizonyítékokat adtak erre - új modelleket fejlesztettek ki ott, ahol nem - gömbös és porózus szemcséket használtak a megfigyelt jelenség reprodukálására ”. Ebben az esetben az üstökös lineáris polarizációt produkál a beeső napfényből. Egy síkra korlátozva - az a táj, ahonnan a fény szóródik - helyzetétől függően változik, amikor az üstökös közeledik a Naphoz vagy távozik attól. Mint Gupta kifejti: "Ennek a polarizációs görbenek a szóródási szöghez viszonyított fontos jellemzője (a nap-föld-üstökös geometriájára hivatkozva) az, hogy van bizonyos fokú negatív polarizáció".
A „hátsó szétszórás” néven ez a negativitás akkor fordul elő, amikor egyetlen hullámhosszt - monokróm fényt figyelünk. A Mie algoritmus modellezi az összes elfogadott szórási folyamatot, amelyet egy gömb alak okoz, figyelembe véve a külső reflexiót, a több belső reflexiót, az átvitelt és a felületi hullámokat. A szétszórt fény intenzitása a szög függvényében működik, ahol 0? előrehaladást jelent, távol a fények eredeti irányától, míg 180? utólagos szóródást jelent - a hátsó odaadja a fényforrást.
Gupta szerint "A hátszóródás a legtöbb üstökösben általában a látható sávokban és néhány üstökösökben a közeli infravörös (NIR) sávokban látható." Jelenleg azoknak a modelleknek a sikere, amelyek megkísérelik reprodukálni a negatív polarizáció ezen aspektusát nagy szóródási szögekkel.
Tanulmányuk módosított DDA-t (diszkrét dipólus közelítés) használt - ahol minden egyes por szemcsét dipólok sorozatának feltételeztek. A molekulák nagy köre tartalmazhat kötéseket, amelyek az ionos és a kovalens szélsőségek között vannak. Ez a különbség az atomok elektronegativitásai között a molekulákban elegendő ahhoz, hogy az elektronok ne legyenek egyenlően megosztva - de elég kicsi, hogy az elektronokat csak az egyik atom vonzza, hogy pozitív és negatív ionokat képezzenek. A molekulákban lévő ilyen típusú kötés poláris. mert pozitív és negatív végeivel vagy pólusaival rendelkezik, és a molekulák dipólus-pillanattal rendelkeznek.
Ezek a dipolok kölcsönhatásba lépnek, és olyan fényszórási effektusokat eredményeznek, mint a kioltás - a fény hullámhosszán nagyobb gömbök blokkolják a monokróm és a fehér fényt, és a polarizáció - a bejövő fény hullámának szóródása. Kompozit szemcsék modelljének grafit- és szilikátgömbök mátrixával történő felhasználásával nagyon specifikus szemcseméret-tartományra lehet szükség az üstökösporban megfigyelt tulajdonságok magyarázatához. „Ugyanakkor modellünk nem képes reprodukálni a polarizáció negatív ágát, amelyet néhány üstökösnél megfigyeltünk. Nem minden üstökös mutatja ezt a jelenséget a 2,2 mikron NIR sávban. ”
Ezek a kompozit gabona modellek, amelyeket Gupta et al. tovább kell finomítani, hogy megmagyarázza a negatív polarizációs ágot, valamint a polarizáció mértékét a különböző hullámhosszon. Ebben az esetben színhatás, nagyobb polarizációval, vörös, mint zöld fényben. A kompozit szemcsék szélesebb körű laboratóriumi szimulációi várhatók és „fényszórási tulajdonságaik tanulmányozása segít az ilyen modellek finomításában”.
Az emberiség sikeres kezdete ezen üstökös porút követésén Halley-vel kezdődött. A Vega 1, Vega 2 és Giotto biztosította azokat a modelleket, amelyek szükségesek voltak a kutatási berendezések javításához. 2000 májusában, Drs. Franz R. Krueger és Jochen Kissel, a Max Planck Intézet a „Csillagközi por első közvetlen kémiai elemzése” című kiadványban tette közzé eredményeit. Dr. Kissel azt mondja: „Három por-ütéses tömegspektrométerünk (PIA a GIOTTO fedélzetén, és a PUMA-1 és -2 a VEGA-1 és -2 fedélzetén) találkozott Halley üstököstel. Ezekkel meg tudtuk határozni az üstökös por elemi összetételét. A molekuláris információk azonban csak marginálisak voltak. ” A Deep Space 1 szoros találkozása Borrelly üstököstel a legjobb képeket és egyéb tudományos adatokat hozta vissza eddig. A Borelly Teamnél Dr. Kissel azt válaszolja: "A legutóbbi Borrelly-beli (és STARDUST) küldetés lenyűgöző részleteket mutatott az üstökös felületéről, például meredek 200 m magas lejtőkről és körülbelül 20 m széles és 200 m magas tornyokról."
A misszió sok problémája ellenére a Deep Space 1 teljes sikernek bizonyult. Dr. Mark Rayman 2001. december 18-i missziónaplója szerint: „A misszió által visszaadott tudományos és mérnöki adatok gazdagságát elemezzük és felhasználjuk az elkövetkező években. A magas kockázatú, fejlett technológiák tesztelése azt jelenti, hogy sok fontos jövőbeni küldetés, amely egyébként megfizethetetlen vagy akár lehetetlen lenne, most felfogásunkba tartozik. És amint az összes makroszkopikus olvasó tudja, a Borrelly üstökösből származó gazdag tudományos betakarítás a tudósok számára újszerű betekintést nyújt a Naprendszer család ezen fontos tagjaiba. ”
A Stardust most egy lépéssel tovább haladt a vizsgálatainkon. Ezeket a primitív részecskéket a Comet Wild 2-ből összegyűjtve a porszemcséket biztonságosan tárolják az airgelben, hogy a szonda visszatérése után tanulmányozzák. A NASA Donald Brownlee szerint: „Az üstökösport valós időben is tanulmányozható egy repülési idejű tömegspektrométer segítségével, amely a PIA műszerből származik, amelyet Halley üstökösre szállítottak a Giotto küldetés során. Ez az eszköz olyan szerves részecskékkel kapcsolatos adatokat szolgáltat, amelyek esetleg nem maradnak túl az airgel elfogásában, és felbecsülhetetlen értékű adatkészletet szolgáltat, amelyet fel lehet használni a üstökösök közötti sokféleség értékeléséhez, összehasonlítva az ugyanazon technikával rögzített Halley poradatokkal. "
Ezek a részecskék tartalmazhatnak egy választ, amely elmagyarázza, hogy a csillagközi por és üstökösök hogyan vethetik életét a Földön, biztosítva a fejlődéséhez nélkülözhetetlen fizikai és kémiai elemeket. Browlee szerint "Stardust több ezer üstökösrészecskét fogott el, amelyeket visszajuttatnak a Földre elemzés céljából, a világ minden részéről a kutatók intim részletességgel." Ezek a porminták lehetővé teszik számunkra, hogy körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt visszatekinthessünk - a csillagközi szemcsék és más szilárd anyagok alapvető természetéről tanít nekünk - a saját naprendszerünk építőkövei. Mind a Földön, mind a saját testünkben található atomok ugyanazokat az anyagokat tartalmazzák, mint a üstökösök.
És csak tovább javul. Most az Comet Comet 67 P / Churyumov-Gerasimenko üstökös felé tartva, az ESA Rosetta mélyebben belemerül a üstökösök misztériumába, amikor megkísérel sikeres leszállást a felszínen. Az ESA szerint az olyan berendezések, mint például a „Grain Impact Analyzer and Dum Accumulator (GIADA), mérni fogják az üstökösmagból és más irányokból származó pormagok számát, tömegét, lendületét és sebesség eloszlását (a napsugárzás nyomásával tükrözve). A képalkotó por elemző rendszer (MIDAS) megvizsgálja az üstökös körüli por környezetet. Információt nyújt a részecskék populációjáról, méretéről, térfogatáról és alakjáról. ”
Egyetlen üstökös részecske lehet millió csillagközi csillagközi pormag, amely új betekintést nyújt nekünk a galaktikus és ködös folyamatokhoz, ami növeli a megértést mind a üstökösök, mind a csillagok iránt. Ahogyan az aminosavakat laboratóriumi körülmények között állítottuk elő, amelyek szimulálják azt, ami előfordulhat az üstökösön, információink nagy részét közvetett módon szereztük be. A polarizáció, a hullámhossz-abszorpció, a szétszóródási tulajdonságok és a szilikát tulajdonságának megértésével értékes ismereteket szerezhetünk azoknak a fizikai tulajdonságainak, amelyek még nem merültek fel. Rosetta célja az lesz, hogy egy landolót az üstökös magjába vigye, és a felszínre helyezze. A landder tudomány a mag összetételének és szerkezetének in situ tanulmányozására összpontosít - egy páratlan tanulmány a kometáris anyagról -, amely olyan kutatók számára nyújt információt, mint Dr. Jochen Kissel.
2005. július 4-én a Deep Impact misszió megérkezik az 1. üstökös templomába. A felszín alatt eltemetve lehet még több válasz. Az üstökös felületén új kráter kialakítása érdekében 370 kg-os tömeg szabadul fel a Tempel 1 napsütötte oldalára. Az eredmény a jég és a porrészecskék friss kiszivárgása lesz, és tovább növeli megértésünket a üstököskről, a tevékenység változásának megfigyelésével. A repülõgép figyeli a kráter belsejének szerkezetét és összetételét - továbbítja az adatokat a Föld kometáris porszakértõjének, Kisselnek. „A Deep Impact fog először szimulálni egy természetes eseményt, egy szilárd testnek az üstökösmagjára gyakorolt hatását. Ennek az az előnye, hogy az ütközés ideje jól ismert, és a megfelelően felszerelt űrhajó körül van, amikor az ütés bekövetkezik. Ez minden bizonnyal információt nyújt arról, hogy mi van a felületek alatt, ahonnan képeket készítettünk a korábbi missziók során. Számos elméletet fogalmaztak meg az üstökösmag termikus viselkedésének leírására, megkövetelve vastag vagy vékony héjakat és / vagy egyéb jellemzőket. Biztos vagyok benne, hogy a Deep Impact után ezeket a modelleket újakkal kell kiegészíteni. "
Az egész életen át tartó kometáris kutatás után Dr. Kissel továbbra is a porvonalat követi: „Az üstökös kutatás lenyűgöző ténye, hogy minden új mérés után új tények mutatnak bennünket, amelyek megmutatják, mennyire tévedtek. És ez még mindig meglehetősen globális szinten van. ” Ahogy javul módszereink, javul a megértésünk ezen Oort-felhőből érkező látogatókról is. Kissel mondja: "A helyzet nem egyszerű, és mivel sok egyszerű modell elég jól leírja a globális üstökös tevékenységeket, miközben a részleteket még meg kell dolgozni, és a kémiai szempontokat tartalmazó modellek még nem állnak rendelkezésre." Azoknak a férfiaknak, akik már a kezdetektől ott voltak, a Deep Impact-nal való munka kiemelkedő karriert folytat. "Izgalmas, hogy része vagyok" - mondja Dr. Kissel -, és nagyon szívesen látom, mi történik a Deep Impact után, és hálás vagyok annak részeseként.
A legelső alkalommal a vizsgálatok jó üstökös felszíne alatt haladnak le, és felfedezik az ősi anyagokat - érintetlenek a kialakulása óta. Mi feküdt a felület alatt? Reméljük, hogy a spektroszkópia megmutatja a szén, hidrogén, nitrogén és oxigén tartalmát. Ezekről ismert, hogy szerves molekulákat termelnek, kezdve a bázikus szénhidrogénekkel, például a metánnal. Ezeknek a folyamatoknak a komplexebbé válnak a polimerek előállítása? Megtaláljuk-e a szénhidrátok, szacharidok, lipidek, gliceridek, proteinek és enzimek alapját? A porvonalat követve az összes szerves anyag leglátványosabb része - a dezoxiribonukleinsav - a DNS megalapozásához vezethet.
Írta: Tammy Plotner
