Halės kometa. Vaizdo kreditas: MPAE. Spustelėkite norėdami padidinti.
Būdamas Makso Plancko instituto profesoriumi emeritu, dr. Kissel visą gyvenimą yra atsidavęs kometų tyrimui. „XX amžiaus pradžioje kometos uodegos sukelia postulaciją, o vėliau - ir saulės vėjo, jonizuotų atomų srauto, nuolat pūsto nuo saulės, aptikimą. Astronominiams stebėjimams įsibėgėjus, buvo galima atpažinti vis daugiau sudedamųjų dalių, tiek kietųjų dalelių, tiek dujinių molekulių, neutralių ir jonizuotų. “ Tobulėjant mūsų metodams, tyrinėjantiems šiuos išorinius Saulės sistemos lankytojus, patikslinkite savo teorijas, iš ko jie gali būti sudaryti ir kaip jie atrodo. Sako Kisselis: „Daugybė modelių buvo pasiūlyta apibūdinti dinamišką kometos išvaizdą, iš kurios, matyt, perspektyviausias buvo Fredo Whipple‘as. Jis postulavo branduolį, sudarytą iš vandens ledo ir dulkių. Saulės įtaka, vanduo-ledas pakels ir pakels dulkių daleles. “
Vis dėlto jie buvo paslaptis - paslaptis, kurią mokslas norėjo išspręsti. „Tik iki Halley nebuvo žinoma, kad daugelis kometų yra mūsų saulės sistemos dalis ir skrieja saule kaip ir planetos, kaip tik kitos rūšies orbitos ir turinčios papildomą poveikį dėl medžiagų išmetimo.“ komentuoja Kisselis. Tačiau tiktai arti ir asmeniškai su kometa sugebėjome atrasti kur kas daugiau. Kai Halley grįžo į mūsų vidinę saulės sistemą, buvo planuojama pagauti kometą, o jos vardas buvo Giotto.
„Giotto“ misija buvo gauti spalvotas branduolio fotografijas, nustatyti elementariąją ir izotopinę lakiųjų komponentų kometinėje komoje sudėtį, ištirti pirmines molekules ir padėti mums suprasti fizinius ir cheminius procesus, vykstančius kometos atmosferoje ir jonosferoje. Giotto pirmasis ištirs makroskopines plazmos srautų, atsirandančių dėl kometos ir saulės vėjo sąveikos, sistemas. Svarbiausias prioritetų sąrašas buvo dujų pagaminimo greičio matavimas ir elementarios bei izotopinės dulkių dalelių sudėties nustatymas. Moksliniam tyrimui kritinis dalykas buvo dulkių srautas - jo dydis ir masės pasiskirstymas bei lemiamas dulkių ir dujų santykis. Borto kameros atvaizdavo branduolį iš 596 km atstumo - nustatydami jo formą ir dydį - taip pat stebėjo dulkių komos struktūras ir tyrė dujas tiek neutraliais, tiek jonų masių spektrometrais. Kaip įtarė mokslas, „Giotto“ misija nustatė, kad dujos daugiausia buvo vanduo, tačiau jose buvo anglies monoksido, anglies dioksido, įvairių angliavandenilių, taip pat geležies ir natrio pėdsakų.
Kaip grupės „Giotto“ misijos vadovas, dr. Kissel prisimena: „Atėjus pirmosioms artimųjų misijoms į 1P / Halley kometą, branduolys buvo aiškiai identifikuotas 1986 m. Tai taip pat buvo pirmas kartas, kai dulkių dalelės, kometa. išsiskyrusios dujos buvo analizuojamos vietoje, ty be žmogaus įsikišimo ar pernešimo atgal į žemę. “ Tai buvo jaudinantis laikas atliekant kometinius tyrimus, naudojant Giotto instrumentus, tokie tyrinėtojai kaip Kissel galėjo tyrinėti duomenis kaip niekad anksčiau. „Šios pirmosios analizės parodė, kad visos dalelės yra glaudus didelės masės organinių medžiagų ir labai mažų dulkių dalelių mišinys. Didžiausia staigmena tikrai buvo labai tamsus branduolys (atspindintis tik 5% nuo jo šviečiančios šviesos) ir organinės medžiagos kiekis bei sudėtingumas. “
Bet ar kometa tikrai buvo kažkas daugiau ar tik nešvarus sniego gniūžtė? „Iki šiol, mano žiniomis, nėra matavimų, rodančių kieto vandens ledo, paveikto ant kometos paviršiaus, buvimą“. sako Kisselis, „Tačiau mes nustatėme, kad vanduo (H2O) kaip dujos gali išsiskirti dėl cheminių reakcijų, vykstančių tada, kai kometa vis labiau kaitina saulė. Priežastis gali būti „latentinis karštis“, t. Y. Energija, kaupiama labai šaltoje kometinėje medžiagoje, kuri energiją įgavo intensyvia kosmine spinduliuote, kol dulkės keliavo per tarpžvaigždinę erdvę, nutrūkus jungčiai. Labai artimas modeliui, kurį daugelį metų įrodinėjo velionis J. Mayo Greenbergas “.
Dabar mes žinome, kad Kometa Halė buvo sudaryta iš primityviausių medžiagų, žinomų mums Saulės sistemoje. Išskyrus azotą, rodomų šviesos elementų gausa buvo gana panaši kaip ir mūsų pačių saulės. Buvo nustatyta, kad kelios tūkstančiai dulkių dalelių yra vandenilis, anglis, azotas, deguonis, taip pat mineralus formuojantys elementai, tokie kaip natris, magnis, silicis, kalcis ir geležis. Kadangi lengvesni elementai buvo aptikti toli nuo branduolio, mes žinojome, kad jie nėra kometinės ledo dalelės. Iš žvaigždžių tarpžvaigždinių dujų chemijos tyrimų mes sužinojome, kaip anglies grandinės molekulės reaguoja į tokius elementus kaip azotas, deguonis ir labai mažoje dalyje vandenilis. Esant ypač dideliam kosmoso šaltumui, jie gali polimerizuotis - pakeisdami šių junginių molekulinę struktūrą, kad susidarytų nauja. Jų procentinė sudėtis būtų tokia pati kaip originalo, tačiau didesnė molekulinė masė ir skirtingos savybės. Bet kas tos savybės?
Dėl labai tikslios informacijos, gautos iš zondo artimo susidūrimo su Kometa Halley, Ranjanu Gupta iš Tarpuniversitetinio astronomijos ir astrofizikos centro (IUCAA) ir jo kolegomis, buvo padaryta keletas labai įdomių atradimų, susijusių su kometos dulkių sudėtimi ir išsklaidymo savybėmis. Nuo pat pradžių vykdant misijas į komētas buvo „skraidant“, visa pagauta medžiaga buvo analizuojama vietoje. Šis analizės tipas parodė, kad kometinės medžiagos paprastai yra silikatų ir anglies mišinys, esantis amorfinėje ir kristalinėje struktūroje, suformuotoje matricoje. Kai vanduo išgaruoja, šių grūdelių dydis svyruoja nuo sub mikronų iki mikronų ir yra labai poringo pobūdžio - su nesferinėmis ir netaisyklingomis formomis.
Pasak Guptos, dauguma ankstyvųjų tokių grūdų šviesos išsklaidymo modelių buvo „pagrįsti tvirtomis sferomis pagal įprastą Mie teoriją ir tik pastaraisiais metais - kai kosminės misijos pateikė tam tvirtų įrodymų - ar buvo sukurti nauji modeliai, kur nėra - stebimam reiškiniui atkurti buvo naudojami rutuliniai ir porėti grūdai “. Šiuo atveju kometa iš kritusios saulės šviesos sukuria linijinę poliarizaciją. Apsiribojant plokštuma - kryptimi, iš kurios išsklaidyta šviesa - ji kinta priklausomai nuo padėties, kai kometa artėja ar nutolsta nuo saulės. Kaip aiškina Gupta, „svarbus šios poliarizacijos kreivės ir sklaidos kampo (nurodytos saulės-žemės-kometos geometrija) bruožas yra tas, kad yra tam tikras neigiamos poliarizacijos laipsnis“.
Žinomas kaip „atgalinis išsibarstymas“, šis negatyvas atsiranda stebint vienos bangos ilgį - monochromatinę šviesą. Mie algoritmas modeliuoja visus priimtus sklaidos procesus, kuriuos sukelia sferinė forma, atsižvelgiant į išorinį atspindį, daugybinius vidinius atspindžius, perdavimo ir paviršiaus bangas. Šis išsklaidytos šviesos intensyvumas veikia kaip kampo, kur 0? reiškia pasklidimą į priekį, atokiau nuo šviesos pradine kryptimi, o 180? reiškia išsklaidymą atgal - atgal apdovanoja šviesos šaltinį.
Pasak Guptos, „nugaros išsibarstymas yra matomas daugumoje kometų paprastai matomose juostose, o kai kurioms kometoms - artimosios infraraudonosios (NIR) juostose“. Šiuo metu modelių, bandančių atkurti šį neigiamos poliarizacijos aspektą dideliais sklaidos kampais, sėkmė labai ribota.
Jų tyrime buvo naudojamas modifikuotas DDA (diskrečiojo dipolio aproksimacija) - kai manoma, kad kiekvienas dulkių grūdas yra dipolių masyvas. Dideliame molekulių diapazone gali būti jungčių, esančių tarp joninių ir kovalentinių kraštutinumų. Šis skirtumas tarp molekulių atomų elektronegatyvumo yra pakankamas, kad elektronai nebūtų pasiskirstę po lygiai - tačiau yra pakankamai maži, kad elektronai nebūtų traukiami tik prie vieno iš atomų, kad susidarytų teigiami ir neigiami jonai. Šio tipo jungtys molekulėse yra žinomos kaip polinės. nes turi teigiamus ir neigiamus galus - arba polius - ir molekulės turi dipolio momentą.
Šie dipoliai sąveikauja tarpusavyje ir sukuria šviesos išsklaidymo efektus, tokius kaip išnykimas - sferos, didesnės už šviesos bangos ilgį, blokuos monochromatinę ir baltą šviesą, o poliarizacija - gaunamos šviesos bangos išsibarstymas. Naudojant kompozicinių grūdų modelį su grafito ir silikatinių sferoidų matrica, norint paaiškinti kometos dulkėse pastebėtas savybes, gali reikėti labai specifinio grūdelių dydžio diapazono. „Tačiau mūsų modelis taip pat negali atkurti neigiamos poliarizacijos šakos, kuri pastebima kai kuriose kometose. Ne visos kometos rodo šį reiškinį NIR juostoje - 2,2 mikronų. “
Šie sudėtiniai grūdų modeliai, sukurti Gupta ir kt. reikės dar labiau patobulinti, kad būtų paaiškinta neigiamos poliarizacijos šaka, taip pat įvairių polių ilgių poliarizacijos dydis. Šiuo atveju tai yra spalvos efektas, turintis didesnę poliarizaciją raudonai nei žalia šviesa. Laukiama išsamesnių kompozicinių grūdų laboratorinių modeliavimų ir „jų šviesos sklaidos savybių tyrimas padės patobulinti tokius modelius“.
Žmonijos sėkmės pradžia po šio kometos dulkių tako prasidėjo nuo Halley. „Vega 1“, „Vega 2“ ir „Giotto“ pateikė modelius, reikalingus patobulinti tyrimų įrangą. 2000 m. Gegužės mėn. Franzas R. Kruegeris ir Jochenas Kisselis iš Makso Plancko instituto paskelbė išvadas „Pirmoji tarpžvaigždinių dulkių tiesioginė cheminė analizė“. Dr. Kisselis sako: „Trys mūsų dulkių masės spektrometrai (PIA ant GIOTTO ir PUMA-1 ir –2 VEGA-1 ir -2 laive) susidūrė su„ Comet Halley “. Su jais mes galėjome nustatyti elementarią kometos dulkių sudėtį. Tačiau molekulinė informacija buvo tik nereikšminga. “ Artimas „Deep Space 1“ susitikimas su Kometa Borrelly grąžino geriausius iki šiol gautus vaizdus ir kitus mokslo duomenis. „Borelly“ komandai dr. Kisselis atsako: „Naujausia misija į Borrelly (ir STARDUST) parodė patrauklias kometos paviršiaus detales, tokias kaip stačiai 200 m aukščio šlaitai ir maždaug 20 m pločio ir 200 m aukščio bokštai“.
Nepaisant daugybės misijos problemų, „Deep Space 1“ pasirodė esanti visiškai sėkminga. Pasak dr. Marko Raymano 2001 m. Gruodžio 18 d. „Misijos žurnalas“, „Šios misijos grąžinti mokslo ir inžinerijos duomenų turtai bus analizuojami ir naudojami ateinantiems metams. Didelės rizikos, pažangių technologijų išbandymas reiškia, kad daugybė svarbių ateities misijų, kurios kitaip dabar būtų neįperkamos ar net neįmanomos, yra mūsų rankose. Ir kaip žino visi makroskopiniai skaitytojai, turtingas mokslinis derliaus iš kometa Borrelly derlius suteikia mokslininkams naujų įspūdžių apie šiuos svarbius Saulės sistemos šeimos narius. “
Dabar „Stardust“ ėmėsi mūsų tyrimų tik vienu žingsniu toliau. Surinkus šias primityvias daleles iš „Comet Wild 2“, dulkių grūdai bus saugiai laikomi oro gelyje tyrimui po zondo grįžimo. NASA Donaldas Brownlee sako: „Kometa dulkių realiu laiku taip pat bus tiriama atliekant skrydžio laiko masės spektrometrą, gautą iš PIA prietaiso, gabenamo į Halės kometą Giotto misijos metu. Šis instrumentas pateiks duomenis apie organinių kietųjų dalelių medžiagas, kurios gali neišlaikyti gaudydamos oro gelį, ir suteiks neįkainojamą duomenų rinkinį, kurį galima naudoti kometų įvairovės įvertinimui, palyginti su Halley dulkių duomenimis, įrašytais ta pačia technika. “
Šiose dalelėse gali būti atsakymas, paaiškinantis, kaip tarpžvaigždinės dulkės ir kometos galėjo pasėti gyvybę Žemėje, pateikdamos fizinius ir cheminius elementus, būtinus jos vystymuisi. Pasak Browlee, „Stardustas paėmė tūkstančius kometos dalelių, kurios bus grąžintos į Žemę analizei atlikti visame pasaulyje tyrinėtojams intymiai“. Šie dulkių mėginiai leis mums atsigręžti į maždaug 4,5 milijardo metų senumą - išmokyti mus tarpžvaigždinių grūdų ir kitų kietų medžiagų pagrindų - pačius mūsų pačių saulės sistemos statybinius elementus. Tiek žemėje, tiek mūsų pačių kūnuose rasti atomai turi tas pačias medžiagas, kurias išskiria kometos.
Ir tai tik tobulėja. Keliaudami į „Comet Comet 67 P / Churyumov-Gerasimenko“, ESA „Rosetta“ gilinsis į kometų paslaptį, nes bandys sėkmingai nusileisti į paviršių. Pagal ESA, tokia įranga kaip „Grūdų poveikio analizatorius ir dulkių kaupiklis (GIADA) išmatuos dulkių grūdelių, gaunamų iš kometos branduolio ir iš kitų krypčių, skaičių, masę, impulsą ir greičio pasiskirstymą (atsispindi saulės radiacijos slėgyje). Mikroatvaizdavimo dulkių analizės sistema (MIDAS) ištirs dulkių aplink kometą aplinką. Tai pateiks informaciją apie dalelių populiaciją, dydį, tūrį ir formą. “
Viena kometos dalelė gali būti milijonų pavienių tarpžvaigždinių dulkių grūdelių kompozicija, leidžianti mums įgyti naujų žinių apie galaktikos ir ūkų procesus, leidžiančius geriau suprasti kometas ir žvaigždes. Kaip mes gaminome amino rūgštis laboratorinėmis sąlygomis, imituojančias tai, kas gali atsitikti kometoje, taip ir dauguma mūsų informacijos buvo gauta netiesiogiai. Suprasdami poliarizaciją, bangos ilgio sugertį, išsklaidymo savybes ir silikato ypatybę, įgyjame vertingų žinių apie fizines savybes to, ko dar turime ištirti. „Rosetta“ tikslas bus nešti nusileidimą į kometos branduolį ir išsidėstyti jo paviršiuje. „Landder“ mokslas sutelks dėmesį į branduolio sudėties ir struktūros in situ tyrimus - neprilygstamą kometinės medžiagos tyrimą - teikdamas tyrėjams, pavyzdžiui, dr. Jochenui Kisseliui, vertingos informacijos.
2005 m. Liepos 4 d. „Deep Impact“ misija atvyks į 1 kometos šventyklą. Palaidotas po jo paviršiumi gali būti dar daugiau atsakymų. Stengiantis suformuoti naują kraterį ant kometos paviršiaus, 370 kg masė bus paleista į „Tempel 1“ saulės apšviestą pusę. Rezultatas bus šviežias ledo ir dulkių dalelių išstūmimas ir, stebėdamas aktyvumo pokyčius, sustiprins mūsų supratimą apie kometas. Plaukiojantis laivas stebės kraterio vidaus struktūrą ir kompoziciją - perduoda duomenis atgal Žemės kometos dulkių ekspertui Kissel. „Deep Impact“ pirmasis imituos natūralų įvykį, kieto kūno poveikį kometos branduoliui. Privalumas yra tas, kad smūgio laikas yra gerai žinomas ir aplink jį tinkamai įrengtas erdvėlaivis, kai įvyksta smūgis. Tai tikrai suteiks informacijos apie tai, kas yra po paviršiais, iš kurių mes turime ankstesnių misijų nuotraukų. Buvo suformuluota daugybė teorijų, apibūdinančių kometos branduolio šiluminį elgesį, reikalaujant storos ar plonos plutos trupinių ir (arba) kitų savybių. Aš tikiu, kad visi šie modeliai turės būti papildyti naujais po „Deep Impact“. “
Po visą gyvenimą trukusių kometinių tyrimų dr. Kisselis vis dar seka dulkių taką: „Kometos tyrinėjimai žavi tuo, kad po kiekvieno naujo matavimo yra naujų faktų, kurie parodo, kokie klydome. Ir tai vis dar gana globaliu lygiu “. Tobulėjant mūsų metodams, tobulėja ir mūsų supratimas apie šiuos „Oorto debesies“ lankytojus. Sako Kisselis, „padėtis nėra paprasta ir daugelis paprastų modelių gana gerai apibūdina pasaulinę kometos veiklą, o detalės dar turi būti parengtos, o modelių, įskaitant chemijos aspektus, dar nėra“. Žmogui, kuris ten buvo nuo pat pradžių, darbas su „Deep Impact“ tęsia išskirtinę karjerą. „Įdomu būti jo dalimi“, - sako dr. Kissel, - ir nekantrauju pamatyti, kas nutiks po „Deep Impact“, ir esu dėkinga, kad galiu būti jo dalimi “.
Pirmą kartą tyrimai bus atlikti gerai po kometos paviršiaus, atskleidžiant jos nesugadintas medžiagas, nepaliestas nuo jos formavimo. Kas gulėjo po paviršiumi? Tikėkimės, kad spektroskopija rodo anglį, vandenilį, azotą ir deguonį. Yra žinoma, kad šios gamina organines molekules, pradedant nuo bazinių angliavandenilių, tokių kaip metanas. Ar šie procesai taps sudėtingesni kuriant polimerus? Ar rasime angliavandenių, sacharidų, lipidų, gliceridų, baltymų ir fermentų pagrindą? Po dulkių pėdsakų gali būti sukurta įspūdingiausia iš visų organinių medžiagų - dezoksiribonukleorūgšties - DNR.
Parašė Tammy Plotner
