Екип учени разреши тази загадка с помощта на вакуумна камера, много лазери и една мощна космическа реакция.
От време на време Поясът на Кайпер и Облакът на Оорт хвърлят към нас галактически снежни топки, съставени от лед, прах и скали: остатъци от образуването на Слънчевата система на 4,6 милиарда години.
Тези снежни топки – или както ги познаваме, комети – преминават през цветна метаморфоза, докато пресичат небето, като главите на много комети придобиват лъчисто зелен цвят, който става по-ярък, когато се приближават до Слънцето.
Но странно, този зелен нюанс изчезва, преди да достигне едната или двете опашки, влачещи се зад кометата.
Астрономите, учените и химиците не са успели да разберат защо е така в продължение на почти век. През 30-те години на миналия век физикът Герхард Херцберг (Gerhard Herzberg) предполага, че явлението се дължи на слънчевата светлина, разрушаваща двуатомния въглерод (C2), химично вещество, създадено от взаимодействието между слънчевата светлина и органичната материя в главата на кометата - но тъй като дивъглеродът не е стабилен, тази теория е била трудна за проверка.
Ново проучване, ръководено от Университетът на Нов Южен Уелс (UNSW) в Сидни, публикувано на 20 декември 2021 г. в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), най-накрая намира начин да тества тази химическа реакция в лаборатория – и по този начин доказа, че тази 90-годишна теория е вярна.
„Доказахме механизма, чрез който дивъглеродът се разгражда от слънчевата светлина“, отбелязва Тимъти Шмид (Timothy Schmidt), професор по химия в UNSW и водещ автор на изследването.
„Това обяснява защо зелената кома – размитият слой газ и прах около ядрото – се свива, когато кометата се приближава до Слънцето, както и защо опашката на кометата не е зелена".
Дивъглеродът, който играе ключова роля в загадката, е едновременно силно реактивен и отговорен за придаване на зеления цвят на много комети. Той е съставен от два въглеродни атома, залепени заедно и може да се намери само в изключително високоенергийната или нискокислородната среда като звезди, комети и междузвездна среда.
Дивъглеродът не съществува върху кометите, докато не се приближат до Слънцето. Когато Слънцето започне да затопля кометата, органичната материя върху леденото ядро се изпарява и се придвижва към комата. След това слънчевата светлина разгражда тези по-големи органични молекули, създавайки дивъглерод.
Екипът, ръководен от UNSW, показва, че когато кометата се приближава още по-близо до Слънцето, екстремната UV радиация разгражда дивъглеродните молекули, които наскоро е създала в процес, наречен "фотодисоциация". Този процес унищожава дивъглерода, преди да може да се отдалечи от ядрото, което кара зелената кома да стане по-ярка и да се свие, затова и зеленият оттенък никога не попада в опашката.
За първи път това химическо взаимодействие е изследвано тук, на Земята.
„Херцберг е бил невероятен физик и спечели Нобелова награда за химия през 70-те години. Доста е вълнуващо да можеш да докажеш едно от нещата, които той е предвидил”, коментира Джасмин Борсовски (Jasmin Borsovszky), водещ автор на изследването.
Лазерно шоу като никое друго
За да разреши тази загадка, екипът е трябвало да пресъздаде същия галактически химичен процес в контролирана среда на земята.
Те извършват това с помощта на вакуумна камера, много лазери и една мощна космическа реакция.
„Първо трябваше да направим тази молекула, която е твърде реактивна, за да се съхранява в бутилка“, разказва проф. Шмид. „Това не е нещо, което може да купим от магазините".
"Направихме го като по-голяма молекула, известна като перхлоретилен или С2Cl4, и взривихме неговите хлорни атоми (CL) с мощен UV лазер."
Новосъздадените дивъглеродни молекули са изпратени да пътуват през газов лъч във вакуумна камера, дълга около два метра.
След това екипът насочва още два UV лазера към дивъглерода: единият, за да го залее с радиация, а другият, за да направи атомите му откриваеми. Ударната радиация разкъсва дивъглерода, изпращайки въглеродните му атоми да летят към детектора за скорост.
Чрез анализиране на скоростта на тези бързо движещи се атоми, екипът измерва силата на въглеродната връзка до около едно на 20 000 - което е като измерване на 200 метра с точност до сантиметър.
Борсовски съобщава, че поради сложността на експеримента са били необходими девет месеца, преди да успеят да направят първото си наблюдение.
„Бяхме на път да се откажем“, казва тя. „Отне толкова време, за да се уверим, че всичко е точно подредено в пространството и времето. „Всичките три лазера бяха невидими, така че имаше много пробождания в тъмното – буквално.“
Проф. Шмид отбелязва, че за първи път се наблюдава тази химическа реакция.
„Изключително задоволително е да разрешим главоблъсканица, която датира от 30-те години на миналия век.“
Кометите - космически мистерии
Има около 3700 известни комети в Слънчевата система, макар да има подозрение, че може да са още милиарди. Средно ядрото на кометата е около 10 километра, но комата й често е 1000 пъти по-голяма.
Ярките комети могат да са грандиозна гледка за тези, които имат късмета да ги видят. Но в миналото кометите може да са имали решаващо значение за Земята – всъщност една от теориите за произхода на живота е, че някога кометите са доставяли градивните елементи на живота на нашата планета .
„Това вълнуващо изследване ни показва колко сложни са процесите в междузвездното пространство“, коментира професор Мартин ван Кранендонк (Martin van Kranendonk), астробиолог и геолог от UNSW, който не е участвал в изследването. Ранната Земя е получавала смес от различни въглерод-съдържащи молекули, което позволило да се появят още по-сложни реакции в началото на появата на живота, разказва професор Мартин ван Кранендонк.
Сега, когато случаят с липсващото зелено в опашката в кометите е решен, проф. Шмид, който е специалист по космическа химия, иска да продължи да решава други космически загадки.
След това той се надява да изследва тъмните дифузните междузвездни ленти: спектрални ивици, дължащи се на поглъщането на светлината, излъчвана от звездите от междузвездната среда. Думата дифузни в името им отразява замития характер на тези ленти, което показва молекулярната структура на абсорбиращото вещество. Към днешна дата са открити повече от 500 дифузни ленти в инфрачервения и видимия спектър на различни звезди, но произходът на повечето от тези ивици все още е неизвестен.
„Дифузните междузвездни ленти са доста голяма неразгадана мистерия“, коментира проф. Шмид. „Не знаем защо светлината, която пристига на Земята, често има празнини.
„Това е само още една загадка в огромен списък от странни неща в космоса, които тепърва предстои да открием.“
Справка: “Photodissociation of dicarbon: How nature breaks an unusual multiple bond” by Jasmin Borsovszky, Klaas Nauta, Jun Jiang, Christopher S. Hansen, Laura K. McKemmish, Robert W. Field, John F. Stanton, Scott H. Kable, and Timothy W. Schmidt, 20 December 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.2113315118
Източник: Solving a 90 Year-Old Space Mystery: Why Comets’ Heads Can Be Green, but Never Their Tails
University Of New South Wales
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари