Hallejas komēta. Attēla kredīts: MPAE. Noklikšķiniet, lai palielinātu.
Kā Maksa Planka institūta emeritētais profesors, Dr. Kissels visu mūžu nododas komētu izpētei. “20. gadsimta sākumā komētas astes noveda pie postulācijas un vēlāk pie“ saules vēja ”atklāšanas - jonizētu atomu straume, kas pastāvīgi izplūda no saules. Tā kā astronomiskie novērojumi kļuva jaudīgāki, varēja identificēt arvien vairāk komponentu - gan cietvielu daļiņas, gan gāzveida molekulas, neitrālas un jonizētas. ” Tā kā mūsu paņēmieni, kā pētīt šos ārējos Saules sistēmas apmeklētājus, tika pilnveidoti, līdz ar to ir arī mūsu teorijas par to, no kā viņi varētu sastāvēt - un kādi tie izskatās. Saka Kisela: “Daudzi modeļi ir ierosināti, lai aprakstītu komētas dinamisko izskatu, no kuras acīmredzami daudzsološākais bija Freds Vippless. Tas postulēja kodolu, ko veidoja ūdens ledus un putekļi. Saules ietekmē ūdens ledus sublimē un paātrina putekļu daļiņas. ”
Viņi joprojām bija noslēpums - noslēpums, kuru zinātne labprāt risināja. "Tikai līdz Halley nebija zināms, ka daudzas komētas ietilpst mūsu Saules sistēmā un riņķo sauli tāpat kā planētas, tieši uz cita veida orbītām un ar papildu efektiem materiālu izstarošanas dēļ." komentē Kissels. Bet tikai pietuvojoties un personīgi ar komētu, mēs varējām atklāt daudz ko citu. Pēc Hallejas atgriešanās mūsu iekšējā Saules sistēmā tika plānots noķert komētu, un tās nosaukums bija Giotto.
Džotto misija bija iegūt kodola krāsainas fotogrāfijas, noteikt gaistošo komponentu elementāro un izotopisko sastāvu komētas komā, izpētīt sākotnējās molekulas un palīdzēt mums izprast fizikālos un ķīmiskos procesus, kas notiek komētas atmosfērā un jonosfērā. Giotto būtu pirmais, kurš izpētīs plazmas plūsmu makroskopiskās sistēmas, kas rodas komētas un saules vēja mijiedarbības rezultātā. Augsts prioritāšu sarakstā bija gāzes ražošanas ātruma mērīšana un putekļu daļiņu elementārā un izotopiskā sastāva noteikšana. Kritiski zinātniskajā izpētē bija putekļu plūsma - tās lielums un masas sadalījums, kā arī izšķirošā putekļu un gāzes attiecība. Kad borta kameras kodolu attēloja no 596 km attāluma - nosakot tā formu un izmēru -, tā arī novēroja struktūras putekļu komā un pētīja gāzi gan ar neitrālu, gan ar jonu masas spektrometriem. Kā bija aizdomas par zinātni, Džotto misija atklāja, ka gāze pārsvarā ir ūdens, bet tajā bija oglekļa monoksīds, oglekļa dioksīds, dažādi ogļūdeņraži, kā arī dzelzs un nātrija pēdas.
Kā Giotto misijas komandas pētījumu vadītājs Dr Kissel atgādina: “Kad nāca pirmās pirmās komētas 1P / Halley misijas, kodols tika skaidri identificēts 1986. gadā. Tā bija arī pirmā reize, kad putekļu daļiņas, komēta izdalītās gāzes tika analizētas uz vietas, ti, bez cilvēka iejaukšanās vai transportēšanas atpakaļ uz zemes. ” Tas bija aizraujošs laiks komētas izpētes laikā, izmantojot Giotto instrumentāciju, tādi pētnieki kā Kissel tagad varēja pētīt datus kā vēl nekad. Šīs pirmās analīzes parādīja, ka daļiņas ir intīms maisījums no lielas masas organisko materiālu un ļoti mazām putekļu daļiņām. Vislielākais pārsteigums noteikti bija ļoti tumšais kodols (kas atspoguļo tikai 5% no tā spīdošās gaismas) un organiskā materiāla daudzums un sarežģītība. ”
Bet vai komēta tiešām bija kaut kas vairāk vai tikai netīra sniega bumba? "Līdz šodienai, cik man zināms, nav neviena mērījuma, kas liecinātu par cieta ūdens ledus ekspozīciju uz komētas virsmas." saka Kisels, “Tomēr mēs atklājām, ka ūdens (H2O) kā gāze varētu izdalīties ķīmisku reakciju laikā, kad komētu arvien vairāk karsē saule. Iemesls varētu būt “latentais karstums”, t.i., ļoti aukstajā komētas materiālā uzkrātā enerģija, kas enerģiju ieguva ar intensīvu kosmisku starojumu, kamēr putekļi ceļoja pa starpzvaigžņu telpu caur saišu pārrāvumu. Ļoti tuvu modelim, par kuru jau daudzus gadus strīdējās J. Mayo Greenberg. ”
Tagad mēs zinām, ka Kometa Halija sastāvēja no primitīvākajiem materiāliem, kas mums zināmi Saules sistēmā. Izņemot slāpekli, parādīto gaismas elementu pārpilnība bija diezgan līdzīga kā mūsu pašu Saulei. Tika noteikts, ka vairāki tūkstoši putekļu daļiņu ir ūdeņradis, ogleklis, slāpeklis, skābeklis, kā arī minerālus veidojošie elementi, piemēram, nātrijs, magnijs, silīcijs, kalcijs un dzelzs. Tā kā vieglāki elementi tika atklāti tālu no kodola, mēs zinājām, ka tie nav komētas ledus daļiņas. No mūsu pētījumiem par zvaigžņu starpzvaigžņu gāzi, kas apņem zvaigznes, mēs esam iemācījušies, kā oglekļa ķēdes molekulas reaģē uz tādiem elementiem kā slāpeklis, skābeklis un ļoti mazā daļā - ūdeņradis. Kosmosa galējā aukstumā tie var polimerizēties - mainot šo savienojumu molekulāro izvietojumu, veidojot jaunus. Viņiem būtu tāds pats oriģināla procentuālais sastāvs, bet lielāka molekulmasa un dažādas īpašības. Bet kādas ir šīs īpašības?
Pateicoties ļoti precīzai informācijai no zondes ciešās tikšanās ar Komētu Haliju, Ranjanu Guptu no Starpuniversitāšu astronomijas un astrofizikas centra (IUCAA) un viņa kolēģiem, viņi ir paveikuši dažus ļoti interesantus atradumus ar komētas putekļu sastāvu un izkliedes īpašībām. Kopš sākuma braucieni uz komētām bija “lidojoši lidojumi”, visi notvertie materiāli tika analizēti uz vietas. Šāda veida analīze parādīja, ka komētas materiāli parasti ir silikātu un oglekļa maisījums amorfā un kristāliskā struktūrā, kas veidojas matricā. Kad ūdens iztvaiko, šo graudu izmēri svārstās no sub mikroniem līdz mikroniem un ir ļoti poraini - satur nesfēriskas un neregulāras formas.
Pēc Gupta teiktā, lielākā daļa agrīno gaismas izkliedes modeļu no šādiem graudiem bija “balstīti uz cietām sfērām ar parasto Mie teoriju un tikai pēdējos gados - kad kosmosa misijas sniedza tam pārliecinošus pierādījumus - vai ir izstrādāti jauni modeļi, kur nav - novērotās parādības reproducēšanai izmantoti sfēriski un poraini graudi ”. Šajā gadījumā komētu no krītošās saules gaismas rada lineārā polarizācija. Aprobežojoties ar plakni - virzienu, no kura tiek izkliedēta gaisma -, tā mainās atkarībā no stāvokļa, kad komēta tuvojas Saulei vai atkāpjas no tās. Kā skaidro Gupta, “Svarīga šīs polarizācijas līknes iezīme attiecībā pret izkliedes leņķi (uz saules-zemes-komētas ģeometriju) ir tāda, ka pastāv zināma negatīvas polarizācijas pakāpe.”
Pazīstams kā “muguras izkliede”, šī negatīvisma rodas, novērojot viena viļņa garumu - monohromatisko gaismu. Mie algoritms modelē visus pieņemtos izkliedes procesus, ko izraisa sfēriska forma, ņemot vērā ārējo atspoguļojumu, vairākas iekšējās refleksijas, caurlaidību un virsmas viļņus. Šī izkliedētās gaismas intensitāte darbojas kā leņķa funkcija, kur 0? nozīmē izkliedi uz priekšu, prom no gaismas sākotnējā virziena, kamēr 180? nozīmē izkliedi aizmugurē - atpakaļ piešķir gaismas avotu.
Pēc Gupta teiktā, “muguras izkliede ir redzama lielākajā daļā komētu parasti redzamajās joslās un dažām komētām tuvās infrasarkanās (NIR) joslās.” Pašlaik modeļiem, kas mēģina atkārtot šo negatīvās polarizācijas aspektu lielos izkliedes leņķos, ir ļoti ierobežoti panākumi.
Viņu pētījumā ir izmantota modificēta DDA (diskrēta dipola tuvināšana) - kur katrs putekļu grauds tiek pieņemts par dipolu masīvu. Liels molekulu klāsts var saturēt saites, kas atrodas starp jonu un kovalentu galējībām. Šī atšķirība starp molekulu atomu elektronegativitātēm ir pietiekama, lai elektroni netiktu sadalīti vienādi - bet ir pietiekami mazi, lai elektronus nepievilinātu tikai viens no atomiem, veidojot pozitīvos un negatīvos jonus. Šis saiknes veids molekulās ir pazīstams kā polārs. jo tam ir pozitīvi un negatīvi gali - vai stabi - un molekulām ir dipola moments.
Šie dipoli mijiedarbojas viens ar otru, lai iegūtu gaismas izkliedes efektus, piemēram, izmiršanu - sfēras, kas lielākas par gaismas viļņa garumu, bloķēs monohromatisko un balto gaismu, un polarizācija - ienākošās gaismas viļņa izkliedi. Izmantojot kompozītu graudu modeli ar grafīta un silikātu sferoīdu matricu, var būt nepieciešams ļoti specifisks graudu lieluma diapazons, lai izskaidrotu komētas putekļos novērotās īpašības. “Tomēr mūsu modelis arī nespēj reproducēt negatīvo polarizācijas atzaru, kas novērots dažās komētās. Ne visas komētas parāda šo parādību NIR joslā 2,2 mikroni. ”
Šie salikto graudu modeļi, kurus izstrādājuši Gupta et al; būs jāpilnveido, lai izskaidrotu negatīvās polarizācijas atzaru, kā arī polarizācijas daudzumu dažādos viļņu garumos. Šajā gadījumā tas ir krāsas efekts ar lielāku polarizāciju sarkanā nekā zaļā gaismā. Gaidāmas plašākas kompozītmateriālu graudu laboratorijas simulācijas, un "To gaismas izkliedes īpašību izpēte palīdzēs uzlabot šādus modeļus."
Cilvēces veiksmīgie sākumi, sekojot šai komētas putekļu takai, sākās ar Haliju. Vega 1, Vega 2 un Giotto nodrošināja modeļus, kas vajadzīgi, lai labāk izpētītu aprīkojumu. 2000. gada maijā Drs. Francs R. Kruegers un Joens Kissels no Maksa Planka institūta publicēja savus atzinumus kā “Starpzvaigžņu putekļu pirmo tiešo ķīmisko analīzi”. Kissels saka: “Trīs no mūsu putekļu trieciena masas spektrometriem (PIA uz kuģa GIOTTO un PUMA-1 un -2 uz borta VEGA-1 un -2) saskārās ar komētu Haliju. Ar tiem mēs varējām noteikt komētas putekļu elementāro sastāvu. Molekulārā informācija tomēr bija tikai niecīga. ” Deep Space 1 ciešā sastapšanās ar Komētu Borreliju atdeva labākos attēlus un citus līdz šim saņemtos zinātnes datus. Borelija komandas jautājumos Dr Kissels atbild: "Nesenākā misija uz Borrelly (un STARDUST) parādīja aizraujošas komētas virsmas detaļas, piemēram, stāvas 200 m augstas nogāzes un smailes apmēram 20 m platumā un 200 m augstumā."
Neskatoties uz daudzajām misijas problēmām, Deep Space 1 izrādījās veiksmīgs. Saskaņā ar Dr Marka Raimana 2001. gada 18. decembra misijas žurnālu “Zinātnes un inženierzinātņu datu bagātība, ko atdeva šī misija, tiks analizēta un izmantota turpmākajiem gadiem. Augsta riska, progresīvu tehnoloģiju pārbaude nozīmē, ka mūsu uzmanības centrā ir daudzas svarīgas nākotnes misijas, kas citādi būtu bijušas nepieejamas vai pat neiespējamas. Un kā zina visi makroskopisko lasītāji, bagātīgā zinātniskā raža no komētas Borrelly sniedz zinātniekiem aizraujošu jaunu ieskatu šajos nozīmīgajos Saules sistēmas saimes locekļos. ”
Tagad Stardust ir veikusi mūsu izmeklēšanu tikai vienu soli tālāk. Savācot šīs primitīvās daļiņas no Comet Wild 2, putekļu graudi tiks droši glabāti airgelā, lai pētītu pēc zondes atgriešanās. NASA pārstāvis Donalds Braunlijs saka: “Komētas putekļus reālā laikā pētīs arī ar masas spektrometru lidojuma laikā, kas iegūts no PIA instrumenta, kurš tika pārvests uz komētu Haliju Džotto misijas laikā. Šis instruments sniegs datus par organisko daļiņu materiāliem, kas, iespējams, neizdzīvo gaisa gēla uztveršanu, un tas nodrošinās nenovērtējamu datu kopu, ko var izmantot, lai novērtētu komētu dažādību, salīdzinot ar Halley putekļu datiem, kas reģistrēti ar to pašu paņēmienu. ”
Šīs ļoti daļiņas varētu saturēt atbildi, izskaidrojot, kā starpzvaigžņu putekļi un komētas varēja iesēt dzīvību uz Zemes, nodrošinot fiziskos un ķīmiskos elementus, kas ir svarīgi tās attīstībai. Pēc Bravela teiktā, "Stardust sagūstīja tūkstošiem komētas daļiņu, kuras pētnieki visā pasaulē atgriezīsies uz Zemes, lai veiktu analīzi intīmā detalizācijā." Šie putekļu paraugi ļaus mums atskatīties pirms apmēram 4,5 miljardiem gadu - mācot mums par starpzvaigžņu graudu un citu cieto materiālu fundamentālo būtību - mūsu pašu Saules sistēmas pamatiem. Abi atomi, kas atrodami uz Zemes un mūsu pašu ķermeņos, satur tos pašus materiālus, kurus atbrīvo komētas.
Un tas tikai turpina uzlaboties. Tagad, dodoties uz Comet Comet 67 P / Churyumov-Gerasimenko, ESA Rosetta iedziļināsies komētu noslēpumā, mēģinot veiksmīgi nolaisties uz virsmas. Saskaņā ar EKA, tādas iekārtas kā “Grain Impact Analyzer un Dust Accumulator (GIADA) mērīs putekļu graudu skaitu, masu, impulsu un ātruma sadalījumu, kas nāk no komētas kodola un no citiem virzieniem (ko atspoguļo saules starojuma spiediens) - kamēr Mikroattēlu attīrīšanas putekļu analīzes sistēma (MIDAS) pētīs putekļu vidi ap komētu. Tas sniegs informāciju par daļiņu populāciju, lielumu, tilpumu un formu. ”
Viena komētas daļiņa varētu būt miljonu atsevišķu starpzvaigžņu putekļu graudu salikums, ļaujot mums gūt jaunu ieskatu par galaktikas un miglāju procesiem, palielinot mūsu izpratni gan par komētām, gan zvaigznēm. Tāpat kā laboratorijas apstākļos mēs esam ražojuši aminoskābes, kas imitē to, kas var rasties komētā, lielākā daļa mūsu informācijas ir iegūta netieši. Izprotot polarizāciju, viļņa garuma absorbciju, izkliedes īpašības un silikāta īpašību formu, mēs iegūstam vērtīgas zināšanas par to, kas mums vēl ir jāizpēta, fizikālajām īpašībām. Rozetas mērķis būs nogādāt krastmalu uz komētas kodola un izvietot to uz virsmas. Zinātne par zemi koncentrēsies uz kodola sastāva un struktūras in situ izpēti - nepārspējamu komētas materiāla pētījumu -, sniedzot tādiem pētniekiem kā Dr Jochen Kissel vērtīgu informāciju.
2005. gada 4. jūlijā “Deep Impact” misija ieradīsies 1. komētas templī. Apbedīts zem tā virsmas, iespējams, būs vēl vairāk atbilžu. Cenšoties uz komētas virsmas izveidot jaunu krāteri, tiks izlaista 370 kg smaga masa, lai iespiestu Tempel 1 saules apspīdēto pusi. Rezultātā tiks iegūta svaiga ledus un putekļu daļiņu izmešana un tā uzlabos mūsu izpratni par komētām, novērojot aktivitātes izmaiņas. Lidmašīna uzraudzīs krātera iekšējo struktūru un sastāvu - nododot datus atpakaļ Zemes komētas putekļu ekspertam Kissel. “Deep Impact būs pirmais, kas simulēs dabisku notikumu, cietā ķermeņa ietekmi uz komētas kodolu. Priekšrocība ir tā, ka trieciena laiks ir labi zināms un trieciena laikā ir pienācīgi aprīkots kosmosa kuģis. Tas noteikti sniegs informāciju par to, kas atrodas zem virsmām, no kurām mums ir iepriekšējo misiju attēli. Daudzas teorijas ir formulētas, lai aprakstītu komētas kodola termisko izturēšanos, pieprasa biezas vai plānas garozas un / vai citas pazīmes. Esmu pārliecināts, ka visi šie modeļi pēc Deep Impact būs jāpapildina ar jauniem. ”
Pēc komēdijas pētījumu ilguma, Dr Kissel joprojām seko putekļu takai: “Komētas izpētes valdzinājums ir tas, ka pēc katra jauna mērījuma ir jauni fakti, kas mums parāda, cik nepareizi mēs bijām. Un tas joprojām notiek diezgan globālā līmenī. ” Tā kā mūsu metodes uzlabojas, uzlabojas arī mūsu izpratne par šiem apmeklētājiem no Oortas mākoņa. Saka Kisela, “situācija nav vienkārša, un tikpat daudz vienkāršu modeļu diezgan labi raksturo globālās komētas aktivitātes, kamēr detaļas vēl ir jāizstrādā, un modeļi, kas ietver ķīmijas aspektus, vēl nav pieejami.” Cilvēkam, kurš tur ir bijis kopš paša sākuma, darbs ar Deep Impact turpina izcilu karjeru. "Ir aizraujoši būt tā daļai," saka Dr Kissel, "un es ar nepacietību gribu redzēt, kas notiek pēc Deep Impact, un esmu pateicīgs būt par tās daļu."
Pirmo reizi pētījumi notiks labi zem komētas virsmas, atklājot tās senos materiālus - neskartus kopš tās veidošanās. Kas gulēja zem virsmas? Cerēsim, ka spektroskopija parāda oglekli, ūdeņradi, slāpekli un skābekli. Ir zināms, ka tie ražo organiskas molekulas, sākot ar pamata ogļūdeņražiem, piemēram, metānu. Vai šie procesi būs sarežģītāki, veidojot polimērus? Vai mēs atradīsim ogļhidrātu, saharīdu, lipīdu, glicerīdu, olbaltumvielu un fermentu bāzi? Sekojot putekļu takai, ļoti labi var izveidoties visievērojamākā no visām organiskajām vielām - dezoksiribonukleīnskābe - DNS.
Raksta Tamijs Plotners
