Кометы родом из Солнечной системы
По данным зонда Розетта сделано важное открытие: комета Чурюмова-Герасименко оказалась одного возраста с Солнечной системой.
Коллектив исследователей из Франции, США, Канады и Швейцарии во главе с представителем французского Национального центра научных исследований проанализировал данные бортового масс-спектрометра «Rosina» зонда «Розетта», предназначенного для определения ионного и нейтрального состава кометной пыли и газов.
Они пришли к выводу, что ядро кометы Чурюмова-Герасименко сформировано в протосолнечной туманности и, следовательно, имеет тот же возраст, что и Солнечная система. Результаты работы опубликованы 8 марта 1026 года в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Несмотря на активные исследования Солнечной системы, происхождение льда, из которого состоят ядра комет, остается одним из нерешённых вопросов. Существует две противоположные гипотезы. Первая заключается в образовании комет в протосолнечной туманности – массивном и плотном молекулярном облаке, из которого и возникла Солнечная система. В этом случае кометы - ее ровесники. Вторая гипотеза говорит о рождении комет из межзвездного газа. В этом случае они могут быть старше Солнечной системы.
Ответ на поставленный вопрос можно дать на основе изучения строения кометного льда. Ядро кометы образуется оседанием (адсорбцией) гидратов газов на кристаллическое зерно из водяного льда. Если получившийся лед будет иметь кристаллическую структуру, то есть его молекулы расположены упорядоченно, то условия образования льда соответствуют плотной медленно остывающей протосолнечной туманности. Если же лед имеет аморфное строение, что соответствует неупорядоченному расположению молекул, то он сформирован в межзвездных условиях, возможно, в самых удаленных районах туманности.
Однако как на борту зонда, который движется на некотором расстоянии от кометы, определить структуру ее льда? Оказывается, это можно сделать, определив химический состав газов комы кометы. Так называют облако газов и пыли, окружающее ядро кометы. Оно состоит из продуктов таяния льда и увеличивается по мере приближения к Солнцу. Дело в том, что химический состав вещества, оседающего на комету из окружающего пространства, так сказать, захваченного в ловушку молекулами льда, зависит от его структуры.
Здесь и пригодился бортовой масс-спектрометр «Rosina», с помощью которого с октября 2014 года измерялось количество молекулярного азота (N2), окиси углерода (СО) и аргона (Ar) в коме кометы Чурюмова-Герасименко. Полученные данные сравнивали с результатами лабораторных экспериментов для кристаллического и аморфного льда и моделями, описывающими их состав.
Содержание молекулярного азота и аргона по отношению к окиси углерода, найденные в коме, соответствуют модели кристаллического льда, в то время как количество аргона сто раз меньше, чем то, что может быть захвачено в аморфный лед. В соответствии с этим был сделан вывод, что лед кометы имеет кристаллическую структуру.
Решение этой важной проблемы прольет свет на процессы зарождения и формирования комет и самой Солнечной системы. Уже сейчас помимо возраста кометы можно сказать, что она формировалась в диапазоне температур от –228° до –223°. Только в этом случае можно получить необходимые пропорции в химическом составе. Это означает, что туманность была плотной и горячей (разумеется, по отношению к межзвездному пространству, где температура близка к абсолютному нулю).
Эта работа служит аргументом в пользу сценариев формирования газовых планет-гигантов и их спутников на основе объединения кристаллического льда.
Рис. 1 Отношения количества молекулярного азота и аргона к окиси углерода (по вертикали). Зеленая и голубая полосы – вариации измеренных значений. Черная и красная линии – их модельные значения в зависимости от абсолютной температуры образования в протосолнечной туманности (по горизонтали). Вертикальные пунктирные линии показывают температурный диапазон, позволяющий образование льда соответствующего измеренным соотношениям.
По материалам Национального центра научных исследований
