Всесвіт

Комети Чурюмова — ключ до історії сонячної системи

Зазвичай ми не вважаємо пил чимось цінним. Якщо, звичайно, він не з космосу… Якщо точніше, з комети Чурюмова. Оприлюднені наприкінці минулого року результати дослідження складу цього пилу дозволили отримати цінні відомості про це небесне тіло і, в цілому, історії сонячної системи.

Джерелом цих результатів стала наукова група інструменту COSIMA, тобто мас-спектрометра вторинних іонів, який знаходиться на борту європейського космічного зонда «Розетта». Той у найменших подробицях вивчав комету Чурюмова — Герасименко (67P/Чурюмова — Герасименко) з серпня 2014 року по вересень 2016 року. COSIMA проаналізував частинки пилу, які були викинуті з ядра комети, що дозволило вивчити їх склад.

Результати дослідження говорять, що в середньому половина маси кожної частинки припадає на вуглецеву речовину переважно макромолекулярної структури. Другу половину здебільшого займають безводні силікати. Так, в чому ж значимість і зацікавленість цих результатів? І що вони тягнуть за собою? Вчені чекали чогось подібного, або ж все це докорінно суперечить існуючим теоріям?

«Розетта» і її інструменти дозволили нам сформувати більш точне уявлення про склад комети Чурюмова і зокрема газів з її хвоста завдяки пристрою ROSINA. Під час подорожі навколо Сонця комета безперервно вивільняє газ і пил, які формують навколо неї своєрідний ореол. Це явище пояснюється сублімацією льодів, які містяться в кометі: вони переходять безпосередньо з твердого в газоподібний стан. Паралельно з цим відбувається викид крихітних частинок пилу, які забирає хвіст комети. ROSINA провів аналіз складу та кількості газу в хвості: як з’ясувалося, він складається з парів води, вуглекислого газу, моноксиду вуглецю, молекулярного кисню і безлічі невеликих органічних сполук, які здебільшого сформовані з вуглецю, водню, азоту і кисню.

Інші інструменти, такі як камери і спектрометр VIRTIS, досліджували поверхню комети. Вона володіє складною структурою: кручі, провали, розломи, западини… Крім того, вона відрізняється темним кольором і дуже незначною присутністю льодів. Відтінок пов’язаний з її хімічним складом, зокрема з високим вмістом вуглецю. Враховуючи, що на лід і газ припадає лише мала частка всього речовини, у прагненні дізнатися більше про ядро комети вчені спираються на аналіз вивільнених з нього частинок пилу. Вони являють собою зразки його структури, а дослідження їх хімічних властивостей дозволяє отримати уявлення про ядро комети.

35 тисяч частинок

COSIMA являє собою свого роду фізико-хімічну міні-лабораторію, чиєю метою було зібрати вивільнені з комети частинки пилу, сфотографувати їх і провести аналіз методом вторинно-іонної мас-спектрометрії. Збір даних у комети, який тривав два роки, пройшов несподіваним чином для вчених та інженерів, які розробили інструмент два десятиліття тому. Так, COSIMA вдалося зібрати понад 35 000 частинок, найбільші з яких досягають міліметра в діаметрі: всі чекали значно меншого числа і набагато менших розмірів.

Потім була розпочата довга, з перешкодами робота. Потрібно було провести мас-спектрометрію деяких із зібраних частинок: близько 250. У цих частинок, які були отримані практично в недоторканому вигляді після викиду з комети, практично немає аналогів в наших лабораторіях, а сам метод вторинно-іонної мас-спектрометрії створює труднощі навіть у лабораторних умовах, тоді як у космосі і на видаленні це було рівнозначно подвигу!

Виміри дозволили визначити елементарний склад частинок, тобто вміст у них основних елементів (кисень, вуглець, кремній, залізо, магній, натрій, азот, алюміній, кальцій тощо), а також отримати певні відомості про хімічну сутність ряду складових. На підставі цих даних фахівці продемонстрували, що у кожної частинки пилу (діаметром від 0,05 до 1 мм) приблизно 50% маси припадає на вуглецеву речовину. Крім того, воно здебільшого носить макромолекулярний характер, тобто складається з великих, але абсолютно хаотичних і складних структур. Друга половина припадає в основному на безводні силікати.

За даними замірів, склад не пов’язаний з датою збору частинок. Інакше кажучи, не було відмічено відмінності у складі тих з них, що були вивільнені кометою до, під час і після перигелію (момент максимального наближення до Сонця і найвищої активності в серпні 2015 року). Не залежить склад частинок і від їх розміру і морфології  («щільна частка»). Всі проаналізовані частинки являють собою фрагменти ядра, вивільнені як з поверхні комети, так і з глибини западин. Таким чином, певний COSIMA середній склад з великою часткою ймовірності відображає загальний склад ядра комети Чурюмова. Основна частина речовини комети складається з суміші мінералів і твердих вуглеводних сполук.

Первинна речовина

Ці результати, а також дані, які були отримані 30 років тому зондами «Джотто» і «Вега» з комети Галлея, доводять, що комети належать до числа найбільш багатих вуглецем об’єктів сонячної системи. У фахівців були підозри на цей рахунок, однак тепер вони отримали тому перше експериментальне підтвердження. Встановлений COSIMA високий вміст вуглецю і кремнію дуже близький до того, що спостерігається на поверхні Сонця. Крім того в силікатах, що містяться в частинках пилу комети Чурюмова, немає помітних слідів впливу рідкої води. Два цих моменти є значущим підтвердженням первинного характеру цієї речовини комети. Все це означає, що дана речовина практично не зазнала змін після формування комети. Таким чином, його вивчення дозволяє нам зазирнути в самий початок існування сонячної системи майже 4,5 мільярда років тому!

У поєднанні зі спостереженнями інших інструментів «Розети», заміри COSIMA вказують на те, що більша частина вуглецевої речовини комети міститься не в льоду або газі, а в пилу в описаній нелетучій макромолекулярній формі. Цей результат підтверджує напрям проведених аналізів речовин позаземного походження (метеорити, мікрометеорити і частинки міжпланетного пилу). Отже, на відміну від зібраного COSIMA пилу, джерело цієї речовини (астероїд, комета чи інше небесне тіло) рідко вдається встановити. Крім того, високий нагрів після входження в атмосферу, як мінімум, частково змінює склад вуглецевих сполук. У той же час проведені COSIMA дослідження прямо на місці і збір частинок пилу на малій швидкості (всього кілька метрів у секунду) дозволили повністю зберегти хімічну інформацію. Таким чином, якщо ми сьогодні говоримо, що комети начебто 67P/Чурюмова — Герасименко зіграли роль в появі життя на Землі, принісши туди багату вуглецем речовину, то воно, мабуть, з’явилося у нас саме в такій складній макромолекулярній структурі.

Кнопка «Наверх»
Закрыть