Орбитальный спектрометр Rosetta для анализа ионов и нейтралов (ROSINA) облетел комету 67P, чтобы произвести революцию в нашем понимании состава вещества кометы. Ключевой находкой спутника было изучение состава кометы 67P/Чурюмова-Герасименко. В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances , Ахмед Махджуб и группа ученых-планетологов из Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института, Института космических наук Колорадо и Бернского университета в Швейцарии использовали данные ROSINA для изучения частиц пыли, улетучившихся во время пыльное событие в сентябре 2016 года.
Ученые сообщили об обнаружении крупных сероорганических соединений на поверхности кометы . Затем они провели лабораторное моделирование, чтобы показать образование этого материала в результате химических реакций, инициированных облучением смешанных льдов, содержащих сероводород . Результаты подчеркнули важность химии кометной серы и ее присутствия в докометных материалах для облегчения обнаружения сероорганических материалов в других кометах и ледяных малых телах с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба.
Посадка на комету
Когда миссия «Розетта» посетила комету 67P, спутник показал замечательную информацию о различных молекулах кометы. Исследователи обнаружили органику с помощью прибора дистанционного зондирования, тепловизионной спектрометрии в видимом и инфракрасном диапазонах, а также ряда инструментов, включая ROSINA , Ptolemy и эксперимент по отбору проб и составу комет . Измерения, проведенные с помощью ROSINA, предоставили существенную информацию о сложной органической химии кометных материалов, а также дополнительную информацию о составе полулетучих фаз кометы 67P.
Измерения также показали обнаружение солей аммония . В этой работе Махджуб и его коллеги обсудили данные, полученные с зонда Rosetta и ROSINA во время усиленного воздействия пыли на прибор. Они интерпретировали данные, чтобы выявить присутствие крупных сероорганических молекул с низкой летучестью, встроенных в пылинки кометы 67P. Команда завершила лабораторное моделирование органической химии, которая началась на комете из-за облучения простых ледяных смесей в присутствии или в отсутствие сероводорода. Результаты показали преобладание серы в окружающей среде и возможное происхождение серосодержащих видов на кометном материале от химического состава льда.
Изучение кометы
Перед посадкой на комету Rosetta в течение последних нескольких недель своей миссии летала по эллиптическим орбитам с постепенным снижением высоты перицентра. В сентябре 2016 года космический аппарат достиг максимального расстояния от кометы. Предполагается, что перед этим в космический зонд попал кусок льда или пыли, что привело к наблюдению газовых шлейфов высокой плотности в течение примерно 3 часов в районе прибора.
Измерения, проведенные в ходе исследования, показали обилие различных молекул, содержащих серу, до и после выброса пыли. Команда провела масс-спектрометрические измерения, чтобы идентифицировать карбонилсульфид и сероуглерод как вещества, количество которых не увеличилось значительно во время события из-за их более высокой летучести по сравнению с диоксидом серы, количество которых увеличилось примерно на два порядка. Команда также отслеживала присутствие полулетучих сероорганических молекул на поверхности кометы 67P.
Моделирование в лаборатории
Данные масс-спектрометра с двойной фокусировкой ROSINA (ROSINA-DFMS), полученные во время пылевого явления, показали, что химия серы более сложна и разнообразна, чем это было известно или предполагалось по измерениям в ненарушенной коме кометы. Махджуб и его коллеги предположили, что этот результат был результатом химии льда с участием сероводорода. Чтобы изучить это в лаборатории, команда провела эксперименты по облучению электронами смесей льда в присутствии или отсутствии молекул.
Экспериментальная установка включала в себя высоковакуумную камеру из нержавеющей стали, где команда осаждала лед на золотую подложку, прикрепленную к холодному пальцу гелиевого криостата через газ, для приготовления газовых смесей. Установка включала электронный усилитель в камере и цилиндр Фарадея для контроля тока электронного пучка. Команда обнаружила эволюционирующие образцы с помощью инфракрасного спектрометра с преобразованием Фурье. Дальнейшие эксперименты выявили быструю диссоциацию сероводорода в установке по сравнению с образцами метанола и воды, использованными в аналогичных экспериментах, для получения высокой концентрации реактивных радикалов, содержащих серу, которые преимущественно влияют на химический состав ледяных пленок.
Перспектива
Таким образом, Ахмед Махджуб и его коллеги охарактеризовали органические гетерополимеры в небольших межзвездных ледяных зернах и ледяных телах. Они предположили, что для наблюдаемых видов вероятна химия сероводородного льда. Они подчеркнули наличие других путей образования сероорганических соединений в диффузной межзвездной среде и в солнечной туманности . Используя лабораторное моделирование, ученые показали, что серосодержащие органические соединения могут образовываться в результате бомбардировки ионами серы астрофизических льдов, содержащих компоненты углерода, кислорода и азота.
Космический телескоп Джеймса Уэбба, включенный в эту работу, может улучшить понимание химии Солнечной системы , включая кометы и астероиды . Этот инструмент также может помочь исследователям раскрыть состав множества таких межзвездных тел, а также их сходства или различия, понять формирование и эволюцию Солнечной системы; где представляет интерес химия серы. Судьба серы играет ключевую роль в эволюции комет и межзвездных ледяных тел, хотя большая часть ее роли в строительных блоках Солнечной системы еще предстоит выяснить. Однако этот элемент обладает многообещающей способностью объяснить происхождение и эволюцию таких ледяных малых тел.
Теги: комета
