Комета Галлея Кредит зображення: MPAE. Натисніть, щоб збільшити
Як професор Емерітус з Інституту Макса Планка, доктор Кіссел довічно відданий вивченню комет. "На початку 20 століття хвости комети призводять до постуляції, а пізніше до виявлення" сонячного вітру ", потоку іонізованих атомів, постійно видуваних від сонця. По мірі того, як астрономічні спостереження ставали все потужнішими, все більше і більше складових можна було визначити як тверді тіла, так і газоподібні молекули, нейтральні та іонізовані » По мірі того, як наші методи вивчення цих зовнішніх відвідувачів Сонячної системи ставали все досконалішими, так і наші теорії про те, що вони можуть складатися - і як вони виглядають. Кіссель каже: "Багато моделей було запропоновано для опису динамічного вигляду комети, з якого, очевидно, найбільш перспективним виявився Фред Віппл. Це постулювало ядро, складене з води-льоду та пилу. Під впливом сонця водяний лід підніме і прискорить частинки пилу на своєму шляху ».
Все-таки вони були загадкою - таємницею, яку наука прагнула розгадати. "Тільки до того, як Галлі було відомо, що багато комет є частиною нашої Сонячної системи і обходять навколо Сонця так само, як це роблять планети, просто на орбітах інших типів і мають додаткові наслідки через емісію матеріалів". коментарі Kissel. Але лише знайшовшись із кометою близько та особисто, ми змогли відкрити набагато більше. З поверненням Галлі до нашої внутрішньої Сонячної системи були розроблені плани виловити комету, її назвали Джотто.
Місією Джотто було отримання кольорових фотографій ядра, визначення елементарного та ізотопного складу летких компонентів у коментовій комі, вивчення материнських молекул та допомогти нам зрозуміти фізичні та хімічні процеси, що відбуваються в атмосфері комета та іоносфері. Джотто був би першим, хто дослідив макроскопічні системи плазмових потоків, що виникають в результаті взаємодії комета-сонячного вітру. Високим у її переліку пріоритетів було вимірювання швидкості видобутку газу та визначення елементарного та ізотопного складу пилових частинок. Критичним для наукового дослідження став пиловий потік - його розмір і маса, а також важливе співвідношення пил та газ. Коли бортова камера знімала ядро на відстані 596 км - визначаючи його форму та розміри - воно також здійснювало моніторинг структур у пиловій комі та вивчало газ за допомогою нейтральних та іонних мас-спектрометрів. Як підозрює наука, місія Джотто виявила, що газ є переважно водою, але він містив чадний газ, вуглекислий газ, різні вуглеводні, а також сліди заліза та натрію.
Як керівник команди дослідницької місії Джотто, доктор Кіссель згадує: "Коли почалися перші місії на комету 1P / Галлея, ядро було чітко визначено в 1986 році. Це також було вперше, коли частинки пилу, комета випущені гази були проаналізовані in situ, тобто без втручання людини або транспортування назад до землі ". Це був захоплюючий час кометарних досліджень, завдяки інструментації Джотто, такі дослідники, як Кіссел, тепер могли вивчати дані, як ніколи. «Цей перший аналіз показав, що частинки - це все інтимна суміш органічного матеріалу високої маси та дуже дрібних пилових частинок. Найбільшим сюрпризом, звичайно, було дуже темне ядро (відбиваючи на ньому лише 5% світла) та кількість та складність органічного матеріалу ».
Але чи була комета справді чимось більшим чи просто брудним сніжком? "На сьогоднішній день, наскільки мені відомо, не існує жодного виміру, який би показав існування твердого водяного льоду, викритого на кометарній поверхні". Кіссель каже: "Однак ми виявили, що вода (H2O) як газ може виділятися внаслідок хімічних реакцій, що відбуваються, коли комета все більше нагрівається сонцем. Причиною може бути «приховане тепло», тобто енергія, що зберігається в дуже холодному кометарному матеріалі, який отримував енергію інтенсивним космічним випромінюванням, поки пил рухався по міжзоряному простору шляхом розриву зв’язків. Дуже близький до моделі, про яку роками сперечався покійний Дж. Майо Грінберг ».
Зараз ми знаємо, що Комета Галлей складалася з найпримітивнішого, відомого нам у Сонячній системі. За винятком азоту, показані світлові елементи були в достатній кількості подібними до наших Сонця. Декілька тисяч частинок пилу були визначені як водень, вуглець, азот, кисень, а також такі елементи, що утворюють мінерали, як натрій, магній, кремній, кальцій та залізо. Оскільки більш легкі елементи були виявлені далеко від ядра, ми знали, що вони не є кометними частинками льоду. З наших досліджень хімії міжзоряного газу, що оточує зірки, ми дізналися, як молекули вуглецевих ланцюгів реагують на такі елементи, як азот, кисень і в дуже малій частині водень. У сильний холодний простір вони можуть полімеризуватися - змінюючи молекулярне розташування цих сполук, утворюючи нові. Вони мали б однаковий відсотковий склад оригіналу, але більшу молекулярну масу та різні властивості. Але які це властивості?
Завдяки дуже точній інформації з близької зустрічі зонда з Кометою Галлеєм, Ранджан Гупта з Міжуніверситетського центру астрономії та астрофізики (IUCAA) та його колеги зробили кілька дуже цікавих висновків щодо складу коментового пилу та властивостей розсіювання. Оскільки початкові місії до комет були "прольотами", весь захоплений матеріал був проаналізований in situ. Цей тип аналізу показав, що комерційні матеріали, як правило, являють собою суміш силікатів та вуглецю в аморфній та кристалічній структурі, утвореній в матриці. Після того, як вода випаровується, розміри цих зерен коливаються від субмікрон до мікрона і мають надзвичайно пористий характер - містять несферичні та неправильні форми.
За словами Гупти, більшість ранніх моделей розсіювання світла від таких зерен були "засновані на твердих сферах із загальноприйнятою теорією Мі і лише в останні роки - коли космічні місії давали вагомі докази цьому - з'явилися нові моделі, де не -сферичні та пористі зерна використовуються для відтворення спостережуваного явища ». У цьому випадку комета виробляє лінійну поляризацію від падаючого сонячного світла. Обмежений площиною - напрямком, з якого розсіюється світло, - він змінюється залежно від положення комети, наближаючись до Сонця або відступаючи від нього. Як пояснює Гупта, "Важливою особливістю цієї кривої поляризації проти кута розсіювання (згаданої геометрії Сонце-Земля-Комета) є те, що існує деяка ступінь негативної поляризації".
Відомий як "розсіяння назад", цей негатив виникає під час моніторингу однієї довжини хвилі - монохроматичного світла. Алгоритм Мі моделює всі прийняті процеси розсіювання, спричинені сферичною формою, з урахуванням зовнішнього відображення, безлічі внутрішніх відображень, передачі та поверхневих хвиль. Ця інтенсивність розсіяного світла працює як функція кута, де 0? має на увазі розсіювання вперед, подалі від вогнів оригінального напрямку, тоді як 180? Має на увазі розсіювання спини - назад нагороджує джерело світла.
За словами Гупти, «назад розсіювання спостерігається у більшості комет, як правило, у видимих діапазонах, а для деяких комет у близько інфрачервоних (NIR) діапазонах». В даний час моделі, що намагаються відтворити цей аспект негативної поляризації під високими кутами розсіювання, мають дуже обмежений успіх.
У їх дослідженні було використано модифікований DDA (дискретний дипольний наближення) - де кожне пилове зерно вважається масивом диполів. Великий спектр молекул може містити зв’язки, що знаходяться між крайністю іонних та ковалентних. Ця різниця між електронегативністю атомів у молекулах є достатньою, що електрони не поділяються однаково - але є досить маленькими, що електрони не залучаються лише до одного з атомів для утворення позитивних та негативних іонів. Цей тип зв’язку в молекулах відомий як полярний. тому що він має позитивні та негативні кінці - або полюси - і молекули мають дипольний момент.
Ці диполі взаємодіють один з одним для отримання ефектів розсіювання світла, як вимирання - сфери, більші за довжину хвилі світла, блокують монохроматичне і біле світло - а поляризацію - розсіювання хвилі надходить світла. Використовуючи модель складених зерен з матрицею графітових і силікатних сфероїдів, може бути необхідний дуже специфічний діапазон розмірів зерен для пояснення спостережуваних властивостей у кометному пилу. “Однак наша модель також не здатна відтворити негативну гілку поляризації, що спостерігається в деяких кометах. Не всі комети демонструють це явище в діапазоні NIR, що становить 2,2 мкм. "
Ці складені зернові моделі, розроблені Gupta et al; необхідно буде уточнити, щоб пояснити негативну гілку поляризації, а також величину поляризації в різних довжинах хвиль. У цьому випадку це кольоровий ефект із більшою поляризацією на червоне, ніж зелене світло. Наближаються більш масштабні лабораторні моделювання складених зерен, і "Вивчення їх властивостей розсіювання світла допоможе вдосконалити такі моделі".
Успішні початки людства від слідування за цим комерційним слідом пилу, розпочатим з Галлея. Vega 1, Vega 2 і Giotto надали моделі, необхідні для покращення обладнання для дослідження. У травні 2000 р. Д.ф.н. Франц Р. Крюгер та Йохен Кіссель з Інституту Макса Планка опублікували свої висновки як "Перший прямий хімічний аналіз міжзоряного пилу". Каже доктор Кіссель, «Три наших спектрометри для впливу пилової маси (PIA на борту GIOTTO, PUMA-1 і -2 на борту VEGA-1 і -2) стикалися з Кометою Галлеєм. За допомогою них нам вдалося визначити елементарний склад кометарного пилу. Однак молекулярна інформація була лише незначною ». Близька зустріч Deep Space 1 з Кометою Борреллі повернула найкращі зображення та інші наукові дані, отримані до цих пір. Про команду Бореллі доктор Кіссель відповідає: "Найновіша місія в Борреллі (і STARDUST) показала захоплюючі деталі поверхні комети, такі як круті схили висоти 200 м і шпилі, завширшки 20 м і заввишки 200 м".
Незважаючи на багато проблем місії, Deep Space 1 виявився загальним успіхом. Відповідно до журналу місій доктора Марка Реймана 18 грудня 2001 року, «Багатство даних про науку та техніку, повернені цією місією, буде проаналізовано та використане на довгі роки. Тестування передових технологій з високим рівнем ризику означає, що багато важливих майбутніх місій, які в іншому випадку були б недоступними або навіть неможливими зараз, знаходяться в нашому розумінні. І як всі макроскопічні читачі знають, багатий науковий урожай з комети Борреллі дає вченим захоплюючі нові уявлення про цих важливих членів родини Сонячної системи ».
Тепер Stardust зробила наші дослідження лише на крок далі. Збираючи ці примітивні частинки з Comet Wild 2, пилові зерна будуть безпечно зберігатися в аерогелі для вивчення після повернення зонда. НАСА Дональд Браунлі каже: "Кометовий пил також буде вивчатися в режимі реального часу за допомогою часового мас-спектрометра, отриманого від приладу PIA, що переноситься в комету Галлея на місії Джотто. Цей інструмент надасть дані про органічні частинки матеріалів, які не витримають захоплення аерогелів, і він забезпечить безцінний набір даних, який може бути використаний для оцінки різноманітності серед комет порівняно з даними пилу Галле, записаними тією ж методикою.
Ці самі частинки можуть містити відповідь, що пояснює, як міжзоряний пил і комети можуть висіяти життя на Землі, надаючи фізичні та хімічні елементи, що мають вирішальне значення для її розвитку. За словами Браулі, "Stardust захопив тисячі частинок комети, які будуть повернуті на Землю для аналізу, в інтимних деталях, дослідниками всього світу". Ці зразки пилу дозволять нам озирнутися назад 4,5 мільярда років тому - навчаючи нас про фундаментальну природу міжзоряних зерен та інших твердих матеріалів - самих будівельних блоків нашої власної Сонячної системи. Обидва атоми, виявлені на Землі та в наших власних тілах, містять ті ж самі матеріали, що і випущені кометами.
І це просто стає кращим. Зараз на шляху до Комети Комета 67 Р / Чурюмов-Герасименко, Розетта ESA заглибиться в таємницю комет, намагаючись вдало висадитися на поверхню. За даними ESA, обладнання типу "Аналізатор впливу зерна та накопичувач пилу (GIADA)" вимірює кількість, масу, імпульс та швидкість розподілу пилових зерен, що надходять з ядра комети та з інших напрямків (відбиваються від тиску сонячної радіації) - в той час Система аналізу пилової мікрозйомки (MIDAS) вивчатиме пилове середовище навколо комети. Він надасть інформацію про кількість частинок, їх розмір, об'єм та форму. "
Одинарна кометарна частинка може бути складовою мільйонів окремих міжзоряних пилових зерен, що дозволяє нам отримати нові уявлення про галактичні та туманні процеси, що підвищують наше розуміння як комет, так і зірок. Так само, як ми виробляли амінокислоти в лабораторних умовах, що імітують те, що може статися в кометі, більшість нашої інформації отримано опосередковано. Розуміючи поляризацію, поглинання довжини хвилі, властивості розсіювання та форму силікатної ознаки, ми отримуємо цінні знання про фізичні властивості того, що нам ще належить вивчити. Метою Розетти буде піднести землю до ядра комети і розгорнути її на поверхні. Наука про землю зосередиться на in-situ вивченні складу та будови ядра - безпрецедентному дослідженні кометарного матеріалу - надаючи таким дослідникам, як доктор Йохен Кіссель, цінну інформацію.
4 липня 2005 року місія «Глибокий вплив» прибуде до храму Комети 1. Похований під його поверхнею може отримати ще більше відповідей. Намагаючись сформувати новий кратер на поверхні комети, буде випущена маса 370 кг, яка вплине на освітлену сонцем сторону Темпела 1. Результатом стане свіже викидання частинок льоду та пилу та сприятиме поглибленню нашого розуміння комет шляхом спостереження за змінами в діяльності. Повітряне судно буде відслідковувати структуру та склад внутрішніх приміщень кратера - передаючи дані назад до земного експерта з комерного пилу, Kissel. «Глибокий вплив буде першим, що змоделює природну подію, вплив твердого тіла на ядро комети. Перевага полягає в тому, що час удару добре відомий, а космічний апарат належним чином обладнаний, коли удар відбувається. Це, безумовно, надасть інформацію про те, що знаходиться нижче поверхонь, з яких ми мали знімки попередніх місій. Багато теорій сформульовано для опису теплової поведінки ядра комети, що вимагає товстих або тонких кірок та інших ознак. Я впевнений, що всі ці моделі повинні будуть доповнюватися новими після глибокого впливу ».
Після життя кометарних досліджень, доктор Кіссель все ще слідує пиловим слідом: "Захоплюється дослідженнями комет, що після кожного нового вимірювання з'являються нові факти, які показують нам, наскільки ми помилялися. І це все ще на досить глобальному рівні ". У міру вдосконалення наших методів зростає і наше розуміння цих відвідувачів з Хмари Оорта. Кіссель каже: "Ситуація не проста, і так багато простих моделей досить добре описують глобальну комерційну діяльність, тоді як деталі ще мають бути розроблені, а моделі, що включають аспекти хімії, ще не доступні". Для людини, яка там присутня з самого початку, робота з Deep Impact продовжує визначну кар’єру. «Захоплююче бути частиною цього, - каже доктор Кіссель, - і я нетерплячий бачити, що станеться після глибокого впливу, і я вдячний бути його частиною».
Вперше дослідження пройдуть непогано під поверхнею комети, виявляючи її первозданні матеріали - недоторкані з моменту її утворення. Що лежало під поверхнею? Будемо сподіватися, що спектроскопія показує вуглець, водень, азот та кисень. Як відомо, вони виробляють органічні молекули, починаючи з основних вуглеводнів, таких як метан. Чи збільшаться ці процеси у складності створення полімерів? Чи знайдемо основу для вуглеводів, сахаридів, ліпідів, гліцеридів, білків та ферментів? Слідом за пилом слід дуже добре призвести до створення найефектнішої з усіх органічних речовин - дезоксирибонуклеїнової кислоти - ДНК.
Автор Таммі Плотнер
