Халлеи'с Цомет. Кредитна слика: МПАЕ. Кликните за увећање.
Као професор емеритус са Института Мак Планцк, др. Киссел се током живота посветила проучавању комета. „Почетком 20. века репови комете доводе до постулације, а касније и до детекције„ соларног ветра “, тока јонизованих атома који се непрестано одбија од сунца. Како су астрономска опажања постајала све моћнија, могло се препознати све више и више састојака, и честица чврстог стања, и гасовитих молекула, неутралних и јонизованих. “ Како су наше технике проучавања ових спољних соларних система посетиоци постајали све рафиниранији, тако су постале и наше теорије о томе од чега могу да се састоје - и како изгледају. Киссел каже, „Многи модели су предложени да опишу динамички изглед комете, од којих је Фред Вхиппле наизглед био најперспективнији. Постуловало је језгро састављено од воде-леда и прашине. Под утицајем сунца водени лед би подигао и убрзао честице прашине на свом путу. "
Ипак, они су били мистерија - мистерија коју је наука жарко желела да разреши. „Тек док Халлеи није било познато да су многе комете део нашег соларног система и орбитирају сунцем баш као и планете, баш на орбити друге врсте и са додатним ефектима због емисије материјала.“ коментари Киссел. Али само приближавањем комете изблиза и лично успјели смо открити много више. По повратку Халлеија у наш унутрашњи соларни систем направљени су планови да се ухвати комета и њено име је било Гиотто.
Гиоттова мисија била је добијање колор фотографија у језгру, одређивање елементарног и изотопског састава испарљивих компонената у кометарној коми, проучавање матичних молекула и помоћ у разумевању физичких и хемијских процеса који се одвијају у атмосфери котара и ионосфери. Гиотто би био први који ће истражити макроскопски систем плазмаских токова који су последица интеракције кометарно-соларног ветра. Високо на њеној листи приоритета било је мерење стопе производње гаса и одређивање елементарног и изотопског састава честица прашине. Критично за научно истраживање био је ток прашине - његова величина и маса, као и најважнији однос прашине и гаса. Док су уграђене камере снимале нуклеус са 596 км удаљености - одређујући његов облик и величину - такође је пратио структуре у комади прашине и проучавао гас са неутраланим и јонским масеним спектрометрима. Као што је наука посумњала, мисија Гиотто открила је да је гас претежно вода, али је садржавао угљен моноксид, угљен диоксид, разне угљоводонице, као и траг гвожђа и натријума.
Као вођа тима за истраживање мисије Гиотто, др Киссел се сећа, „Када су се догодиле прве крупне мисије на комету 1П / Халлеи, језгро је јасно идентификовано 1986. То је такође било први пут да су честице прашине, комета ослобођени гасови су анализирани ин ситу, односно без ометања од стране људи нити преласка на земљу. " Било је узбудљиво време у истраживању кометара, помоћу Гиотто-ове инструментације, истраживачи попут Киссела сада су могли проучавати податке као никада до сада. „Ове прве анализе показале су да су честице интимна мешавина органског материјала велике масе и веома малих честица прашине. Највеће изненађење је свакако веома тамно језгро (које одбија само 5% светлости) и количина и сложеност органског материјала. "
Али да ли је комета заиста била нешто више или само прљава снежна кугла? „До данас, колико знам, не постоји мерење које би показало постојање чврстог воденог леда изложеног на кометној површини.“ Киссел каже, „Међутим, открили смо да се вода (Х2О) као гас може ослобађати хемијским реакцијама које се дешавају када комета све више загрева сунце. Разлог би могао бити „латентна топлина“, тј. Енергија ускладиштена у врло хладном кометном материјалу, који је енергију стекао интензивним космичким зрачењем док је прашина путовала кроз међузвјездани простор разбијањем везе. Веома близу моделу за који се покојни Ј. Маио Греенберг годинама расправљао. "
Сада знамо да се Комет Халлеи састојао од најпримитивнијег материјала који нам је познат у Сунчевом систему. С изузетком азота, приказани светлосни елементи су у обиљу били доста слични онима из нашег Сунца. Неколико хиљада честица прашине одређено је да су водоник, угљеник, азот, кисеоник - као и елементи који стварају минерале, као што су натријум, магнезијум, силицијум, калцијум и гвожђе. Пошто су лакши елементи откривени далеко од језгра, знали смо да то нису кометне честице леда. Из наших студија хемије међузвезданог гаса које окружују звезде, сазнали смо како молекули угљеничног ланца реагују на елементе као што су азот, кисеоник и у веома малом делу водоник. У екстремној хладноћи простора, они могу полимеризирати - мењајући молекуларни распоред ових једињења да би постали нови. Имали би исти проценат састава оригинала, али већу молекуларну тежину и различита својства. Али која су то својства?
Захваљујући врло тачним информацијама из блиског сусрета сонде са Цометом Халлеијем, Рањан Гупта из Међууниверзитетског центра астрономије и астрофизике (ИУЦАА) и његове колеге донијели су врло занимљиве налазе о саставу прашине и распршивању својстава. Будући да су почетне мисије на комете биле „летачице“, сав заробљени материјал је анализиран ин ситу. Ова врста анализе показала је да су котарни материјали генерално смеша силиката и угљеника у аморфној и кристалној структури формираној у матрици. Једном када вода испари, величине ових зрна варирају од суб-микрона до микрона и по природи су изразито порозне - садрже несферичне и неправилне облике.
Према Гупти, већина раних модела распршивања светлости из таквих зрна била је „заснована на чврстим сферама са конвенционалном Мие теоријом и тек последњих година - када су свемирске мисије пружиле снажне доказе против тога - су нови модели еволуирали тамо где нису - коришћена су сферна и порозна зрна за репродукцију посматране појаве. " У овом случају, комета производи линеарну поларизацију из упадајуће соларне светлости. Ограничен равнином - правац из кога се светлост распршује - она се мења по положају док се комета приближава Сунцу или се повлачи са њега. Као што објашњава Гупта, „Важна карактеристика ове кривуље поларизације насупрот угла распршења (који се односи на геометрију сунца-земље-комета) је да постоји одређени степен негативне поларизације“.
Познат и као „распршење уназад“, ова негативност јавља се приликом праћења једне таласне дужине - једнобојне светлости. Мие алгоритам моделира све прихваћене процесе распршивања изазване сферним обликом, узимајући у обзир спољни одраз, вишеструка унутрашња одразја, пренос и површинске таласе. Овај интензитет распршене светлости делује као функција угла, где је 0? подразумева расипање унапред, далеко од оригиналног смера светла, док 180? подразумева расипање леђа - назад награђује извор светлости.
Према Гупта-у, „леђно расипање се види код већине комета углавном у видљивим опсезима, а код неких комета у скоро инфрацрвеним (НИР) опсезима.“ Тренутно, модели који покушавају да репродукују овај аспект негативне поларизације под великим угловима распршења имају врло ограничен успех.
Њихова студија је користила модификовану ДДА (дискретну апроксимацију дипола) - где се претпоставља да је свако зрно прашине низ дипола. Велики распон молекула може да садржи везе које су између крајности јонских и ковалентних. Ова разлика између електронегативности атома у молекулама је довољна да се електрони не деле подједнако - већ су довољно мали да електрони не привлаче само један од атома да би формирали позитивне и негативне јоне. Ова врста везе у молекулама позната је као поларна. јер има позитивне и негативне крајеве - или полове - и молекули имају диполни тренутак.
Ови диполи међусобно делују како би произвели ефекте распршивања светлости попут истребљења - сфере веће од таласне дужине светлости блокират ће једнобојну и белу светлост - и поларизацију - распршење таласа долазне светлости. Коришћењем модела композитних зрна са матрицом графитних и силикатних сфероида, може се захтевати врло специфичан опсег величине зрна да би се објаснила уочена својства у кометној прашини. „Међутим, наш модел такође није у стању да репродукује негативну грану поларизације која је примећена код неких комета. Нису сви комети показали ову појаву у НИР опсегу од 2,2 микрона. "
Ови композитни модели зрна који су развили Гупта ет ал; мораће да се још прецизира како би се објаснила грана негативне поларизације, као и количина поларизације у различитим таласним дужинама. У овом случају, то је ефекат боје са већом поларизацијом у црвеном него у зеленом светлу. Предстоје опсежније лабораторијске симулације композитних зрна и „Испитивање њихових својстава распршивања светлости помоћи ће у рафинирању таквих модела.“
Успешни почеци човечанства следећи овај траг прашине у кометарима је започео са Халлеи. Вега 1, Вега 2 и Гиотто пружили су моделе потребне за бољу истраживачку опрему. Маја 2000, др. Франз Р. Круегер и Јоцхен Киссел са Института Мак Планцк објавили су своја открића као „Прву директну хемијску анализу међузвездне прашине“. Каже др. Киссел, „Три наша спектрометра за масу ударца прашине (ПИА на броду ГИОТТО, и ПУМА-1 и -2 на броду ВЕГА-1 и -2) наишли су на Цомет Халлеи. Помоћу оних били смо у стању одредити елементарни састав кометне прашине. Молекуларне информације, међутим, биле су само маргиналне. “ Блиски сусрет Дееп Спаце 1 са Цометом Боррелли вратио је најбоље слике и друге научне податке до сада. На тим Борелли, доктор Киссел одговара: „Најновија мисија за Боррелли (и СТАРДУСТ) показала је фасцинантне детаље површине комете, попут стрмих падина високих 200 метара и шиљака неких 20 и широких 200 метара.“
Упркос многим проблемима мисије, Дееп Спаце 1 показао се као потпуни успех. Према запису мисије др Марка Рејмана од 18. децембра 2001. године, „Богатство научних и инжењерских података које је вратила ова мисија анализират ће се и користити годинама које долазе. Тестирање напредних технологија високог ризика значи да су нам многе важне будуће мисије које би иначе биле неприступачне или чак немогуће сада. И као што сви макроскопски читаоци знају, богата научна жетва комете Боррелли пружа научницима фасцинантне нове увиде у ове важне чланове породице Сунчевог система. "
Сада је Стардуст извео наше истраге само корак даље. Сакупљајући ове примитивне честице из Цомет Вилд 2, зрнца прашине ће се сигурно чувати у аерогелу за проучавање по повратку сонде. НАСА-ин Доналд Бровнлее каже, „Прашина комете ће се такође проучавати у реалном времену помоћу масеног спектрометра током лета који је изведен из инструмента ПИА који је пренесен у комете Халлеи током мисије Гиотто. Овај инструмент ће пружити податке о органским материјалима честица који можда неће преживети хватање аерогела, а пружаће непроцењив скуп података који се може користити за процену разноликости међу кометама, упоређујући са Халлеијевим подацима прашине снимљеним истом техником. "
Те врло честице могу садржавати одговор, објашњавајући како су међузвјездано прашина и комете могле засијати живот на Земљи пружајући физичке и хемијске елементе који су пресудни за њен развој. Према Бровлее-у, „Стардуст је ухватио хиљаде честица комете које ће истраживачи широм света вратити на Земљу ради анализе.“ Ови узорци прашине омогућиће нам да се осврнемо пре неких 4,5 милијарди година - подучавајући нас о фундаменталној природи међузвездних зрнаца и других чврстих материјала - самим грађевним блоковима нашег сопственог соларног система. Оба атома која се налазе на Земљи и у нашим телима садрже исте материјале које испуштају комете.
И само постаје све бољи. Сада на путу за Цомет Цомет 67 П / Цхуриумов-Герасименко, ЕСА-ова Росетта ће завирити дубље у мистерију комета док покушава успешно слетјети на површину. Према ЕСА-и, опрема као што је „анализатор утицаја на зрно и акумулатор прашине (ГИАДА) мериће број, масу, замах и брзину расподјеле зрна прашине које долазе из језгре комете и из других праваца (рефлектује се притиском сунчевог зрачења) - док Систем за анализу прашине са микро слике (МИДАС) проучит ће околину прашине око комете. Даће информације о популацији честица, величини, запремини и облику. "
Појединачна комерцијална честица могла би бити саставни део милиона појединачних међузвјезданих зрна прашине, омогућавајући нам нови увид у галактичке и небуларне процесе повећавајући наше разумијевање и комета и звијезда. Баш као што смо произвели аминокиселине у лабораторијским условима који симулирају оно што се може појавити у комети, већина наших информација је индиректно добијена. Разумевањем поларизације, апсорпције таласне дужине, својстава распршивања и облика својства силиката, стичемо драгоцено знање о физичким својствима онога што тек треба да истражимо. Циљ Росетте биће да однесе земља у језгро комете и да га постави на површину. Наука о земљишту ће се фокусирати на ин ситу испитивање састава и структуре нуклеуса - неуспоредиву студију кометарног материјала - пружајући истраживачима као што је др Јоцхен Киссел драгоцене информације.
4. јула 2005. мисија Дубоког утицаја стићи ће до храма комете 1. Укопани испод његове површине можда ће добити још више одговора. У настојању да се формира нови кратер на површини комете, маса од 370 кг биће ослобођена да удари у сунчеву страну Темпела 1. Резултат ће бити свеже избацивање леда и честица прашине и подстаћиће наше разумевање комета посматрајући промене у активности. Летеће летелице ће надгледати структуру и састав унутрашњости кратера - преносећи податке на Земљиног стручњака за прашину у Земљи, Киссел. „Дубоки утицај ће први симулирати природни догађај, утицај чврстог тела на језгро комете. Предност је у томе што је време удара добро познато и кад је свемирски брод правилно опремљен, када се удар догоди. То ће дефинитивно пружити информације о томе шта се налази испод површина са којих имамо слике претходних мисија. Многе теорије су формулисане за описивање топлотног понашања језгра комете, захтевајући дебеле или танке коре и или друге карактеристике. Сигуран сам да ће све те моделе морати да примене нови након Дубоког утицаја. "
Након читавог животног вијека истраживања др. Киссел још увијек слиједи прашину: „Фасцинантна је студија комета да након сваког новог мјерења постоје нове чињенице, које нам показују колико смо били у криву. А то је још увек на прилично глобалном нивоу. " Како се наше методе побољшавају, тако и наше разумевање ових посетилаца из Оортовог облака. Киссел каже, „Ситуација није једноставна и што више једноставних модела прилично добро описује глобалне активности у комерцијалним ситуацијама, док детаљи још увек морају да се раде, а модели који укључују аспекте хемије још нису доступни.“ За човека који је ту од самог почетка, рад са компанијом Дееп Импацт наставља угледну каријеру. „Узбудљиво је бити део тога“, каже др. Киссел, „и нестрпљив сам да видим шта се дешава након Дубоког утицаја и захвалан сам што сам део тога.“
По први пут ће студије проћи испод површине комете, откривајући њене нетакнуте материјале - нетакнуте од њеног настанка. Шта лежи испод површине? Надајмо се да спектроскопија показује угљен, водоник, азот и кисеоник. За њих се зна да производе органске молекуле, почевши од основних угљоводоника, као што је метан. Да ли ће се ови процеси повећати сложеношћу стварања полимера? Да ли ћемо пронаћи основу за угљене хидрате, сахариде, липиде, глицериде, протеине и ензиме? Прашина прашине могла би довести до стварања најспектакуларнијег од свих органских материја - деоксирибонуклеинске киселине - ДНК.
Написала Тамми Плотнер
