Время от времени пояс Койпера и Облако Оорта бросают к центру солнечной системы огромные снежки, состоящие из льда, пыли и камней: остатки образования Солнечной системы возрастом 4,6 миллиарда лет. Эти снежки (давайте уже придерживаться терминологии и называть их кометами) претерпевают красочные метаморфозы, пересекая небо, при этом головы многих комет приобретают сияющий зеленый цвет, который становится ярче по мере приближения к Солнцу. Но, как ни странно, этот зеленый оттенок исчезает, прежде чем достигнет одного или двух хвостов, тянущихся за кометой.
Астрономы, ученые и химики ломали голову над этой загадкой почти столетие. В 1930-х годах физик Герхард Герцберг предположил, что это явление произошло из-за того, что солнечный свет разрушает двухатомный углерод (также известный как дикарбон или C2), химическое вещество, созданное в результате взаимодействия солнечного света и органического вещества на голове кометы, но поскольку дикарбон нестабилен , эту теорию было трудно проверить.
Новое исследование UNSW в Сиднее, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), наконец-то нашло способ проверить эту химическую реакцию в лаборатории, тем самым доказав старую теорию.
Ключевой игрок в центре загадки, дикарбон, обладает высокой реакционной способностью и ответственен за то, что многие кометы приобретают зеленый цвет. Он состоит из двух слипшихся атомов углерода и может быть обнаружен только в чрезвычайно энергичных или низкокислородных средах, таких как звезды, кометы и межзвездная среда.
Дикарбон не существует на кометах, пока они не приблизятся к Солнцу. Когда Солнце начинает нагревать комету, органическое вещество, содержащиеся в ледяном ядре, испаряется. Затем солнечный свет разбивает эти более крупные органические молекулы, создавая дикарбон.
Команда UNSW теперь показала, что по мере приближения кометы к Солнцу экстремальное ультрафиолетовое излучение расщепляет молекулы дикарбона, которые она недавно создала, в процессе, называемом "фотодиссоциация". Этот процесс разрушает дикарбон до того, как он сможет уйти далеко от ядра, в результате чего зеленая кома станет ярче и сузится, а зеленый оттенок никогда не попадет в хвост. Это химическое взаимодействие впервые изучается здесь, на Земле.
Чтобы решить эту загадку, команде нужно было воссоздать тот же галактический химический процесс в контролируемой среде на Земле. Они осуществили это с помощью вакуумной камеры, множества лазеров и одной мощной космической реакции.
Новые молекулы дикарбона отправлялись путешествовать через газовый луч в вакуумной камере, длина которой составляла около двух метров. Затем команда направила еще два УФ-лазера на дикарбон: один для заполнения его излучением, другой для обнаружения его атомов. Радиация разорвала дикарбон на части, отправив его атомы углерода на датчик скорости. Анализируя скорость этих быстро движущихся атомов, команда смогла измерить прочность углеродной связи примерно до одного из 20000— это все равно, что измерить 200 метров с точностью до сантиметра.
В Солнечной системе около 3700 известных комет, хотя предполагается, что их может быть на миллиарды больше. В среднем ядро кометы имеет колоссальные 10 километров в ширину, но ее кома часто в 1000 раз больше. Яркие кометы могут устроить грандиозное зрелище для тех, кому посчастливится их увидеть. Но в прошлом кометы могли сделать больше, чем это для Земли - на самом деле, одна из теорий происхождения жизни состоит в том, что когда-то кометы доставляли строительные блоки жизни прямо к нашему порогу.
