iPon Cikkek

Oxigént áraszt magából a Rosetta üstököse

Dátum | 2015. 11. 02.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Talán minden eddiginél meglepőbb felfedezést tettek közzé az Európai Űrügynökség (ESA) szakértői a 67P/Csurjumov‒Geraszimenko-üstökösről, amelyet immár több mint egy éve vizsgál testközelből a Rosetta űrszonda. A csőr nélküli kacsára emlékeztető égitest az élénk vegetációval rendelkező Földhöz hasonlóan molekuláris oxigént bocsát ki magából az űrbe. Mivel a kométán nyilvánvalóan nincsenek oxigéntermelő növények, a kutatók szerint ez azt jelentheti, hogy a molekulák az égitest formálódásának idején kerültek bele annak anyagába. A Rosetta tavaly augusztusi célhoz érkezése óta számos különböző gáz jelenlétét detektálta az üstökösmag körül, amelyről a Naphoz közeledve egyre több vízgőz, szén-monoxid és szén-dioxid szabadult fel. Ezeken kívül kisebb mennyiségekben ugyan, de többfajta nitrogén-, kén- és széntartalmú molekulát, illetve nemesgázokat is sikerült azonosítani a kómában. A molekuláris oxigén jelenléte azonban azért nagyon meglepő, mert bár az oxigén a harmadik leggyakoribb elem a világegyetemben, kétatomos formájában nagyon ritkának és nehezen detektálhatónak számít. Még azokban a különböző anyagokban szokatlanul gazdag molekuláris felhőkben is nehéz detektálni a molekulát, amelyekből a csillagok és bolygórendszerek keletkeznek, mivel rendkívül reaktív anyagról van szó, amely könnyen felbomlik, hogy összetevői aztán más molekulákba épüljenek bele. Az oxigén hidrogénnel reagálva például vízként csapódhat le az ilyen anyagfelhők porszemcséire, vagy ultraibolya sugárzás hatására felhasadva és egy másik O2 molekulához csatlakozva ózont hozhat létre.
Molekuláris oxigént eddig a Naprendszerben a Földön kívül csak a Jupiter és a Szaturnusz jeges holdjainak környékén, illetve a Szaturnusz gyűrűjében sikerült detektálni, így a gáz kómabeli jelenléte meglepte a szakértőket. „Egyáltalán nem számítottunk rá, hogy O2-t találunk az üstökös környékén, ráadásul ekkora mennyiségben, mivel annyira reaktív anyagról van szó” ‒ mondja Kathrin Altwegg, a Berni Egyetem kutatója, a Rosetta ROSINA nevű spektrométerének eredményeit kiértékelő kutatócsoport vezetője. Azért is nagyon váratlan ez a felfedezés, mert a csillagközi térben eddig csak nagyon kevés alkalommal sikerült molekuláris oxigén jelenlétét kimutatni, folytatja a szakértő. Így bár a molekulák minden bizonnyal az üstökösmag keletkezésekor épülhettek bele az égitestbe, a Naprendszer keletkezésével kapcsolatos elfogadott modellek révén is problematikus magyarázatot adni ezek jelenlétére, mondja Altwegg. A ROSINA 2014 szeptembere és 2015 márciusa között több mint 3000 mintát elemzett az üstökös kómájából, és az adatok alapján a szakértők úgy számítják, hogy a molekuláris oxigén az aktuálisan jelenlevő víz 3,8 ± 0,85 százalékát kitevő mennyiségben van jelen az égitest légkörében. Ez pedig nagyjából tízszerese annak a szintnek, amit a molekuláris felhők kémiáját leíró jelenlegi modellek alapján megállapítottak a kutatók.
A minták oxigénszintje a vizsgálatok alapján szoros összefüggésben áll az ezekben mért víz mennyiségével, ami azt jelzi, hogy ezek a molekulák egymáshoz közel helyezkedhettek el az üstökösmag anyagában, illetve hasonló hatásra kezdenek abból felszabadulni. A szén-monoxid, illetve a nitrogéngáz és a molekuláris oxigén aktuális mennyisége közt ugyanakkor nem sikerült hasonló összefüggést kimutatni, pedig ezek hasonlóan illékonyak, mint az O2. Az is érdekes információ lehet továbbá, hogy ózont egyáltalán nem találtak a kómában a szakértők. A vizsgált hat hónapos időszakban a Csurjumov‒Geraszimenko egyre közelebb került a Naphoz, a Rosetta pedig 10‒30 kilométeres távolságból kísérte útján az üstökösmagot. Annak ellenére, hogy az égitestet egyre több hő érte, a molekuláris oxigén és a víz egymáshoz képesti aránya állandónak bizonyult a kómában, és ez az arány a szonda üstökös körül elfoglalt hosszúsági és szélességi helyzetétől is függetlennek bizonyult. (Az egyetlen apró ingadozás, amit megfigyeltek a két anyag arányában, a napi hőmérsékleti változásokkal, és a víz ezeket követő halmazállapot-változásaival viszonylag könnyen megmagyarázható.) A kutatók a molekuláris oxigén nagy mennyiségére, vízhez kötöttségére és az ózon hiányára több lehetséges magyarázattal is előálltak. Az egyik elképzelés szerint az üstökösmag vízjege fotolízisen ment keresztül az idők folyamán, vagyis a beérkező fotonok hatására elemeire bomlott. A másik teória a víz radiolízisével számol, amelynek során nagy energiájú fotonok vagy elektronok ionizálják a molekulákat. Ez utóbbi folyamatot a Naprendszer jeges holdjain és a Szaturnusz gyűrűiben is megfigyelték már a szakértők. Mindkét jelenség révén létrejöhet a vízből a molekuláris oxigén.
Mindkét elmélettel akadnak azonban problémák. Ha a radiolízist vesszük az oxigén fő forrásának, ez a folyamat a több milliárd év alatt, amit az üstökös a Kuiper-övben töltött, mielőtt valamilyen hatásra megindult volna a Naprendszer belseje felé, több méter vastagságú molekuláris oxigént hozhatott létre a mag felszínén. Ezek a rétegek azonban réges-régen elillantak, mióta az üstökös rövidebb periódusú pályára állt, vagyis a radiolízis nem lehet magyarázat a nagy mennyiségű oxigén mai jelenlétére. A napjainkban is zajló radiolízis és fotolízis viszont legfeljebb az égitest anyagának legfelső néhány mikrométerében hozhatott létre molekuláris oxigént az idő rövidsége miatt, ha azonban ez lenne a gáz fő forrása, a Naphoz közeledve egyre csökkent volna az oxigén és vízhez képesti aránya, ahogy ez a réteg lassan elfogyott, mondja Andre Bieler, a Michigani Egyetem kutatója, az eredményekről beszámoló tanulmány egyik szerzője. Ha pedig az észlelt molekuláris oxigén frissen keletkezett volna a Nap sugárzásának hatására, annak jelenléte a megvilágítással együtt változott volna, amit szintén nem észleltek a szakértők. A legvalószínűbb magyarázatnak tehát az tűnik az O2 jelenlétére, hogy az az üstökös keletkezésének idején kerül be annak jeges részeibe, és jelenleg a vízjég olvadásával párhuzamosan szabadul fel ez is, mondja Bieler. Ezzel kapcsolatban is több teória van. Az egyik szerint az oxigéngáz még a Nap keletkezése előtt, a Naprendszer anyagát adó molekuláris felhőben fagyott bele a vízjégbe, amely a porszemcsékre csapódott le. A protoplanetáris korongok kémiáját leíró modellek szerint ennek a folyamatnak az eredményeként nagy mennyiségű molekuláris oxigén tárolódhat az üstököszónákban. Ahhoz azonban, hogy az oxigén ilyen módon csapdába essen a vízjégben, arra van szükség, hogy a hőmérséklet több mint mínusz 173 ºC-ról hirtelen legalább mínusz 243 ºC-ra hűljön le.
A másik lehetőség, hogy a Naprendszer egy sűrű molekuláris felhő különösen meleg, mínusz 243‒253 ºC-os részében alakult ki, szemben az ilyen felhők átlagos, mínusz 263 ºC-os hőmérsékletével, mondja Ewine van Dishoeck, a Leideni Obszervatórium munkatársa, a tanulmány társszerzője. Az is elképzelhető ugyanakkor, hogy a jeges porszemcsék radiolízise során keletkezett az O2, amely így csapdába esett a jégben, majd amikor a szemcsékből elkezdett összeállni az üstökös, annak anyagában ragadt. A szakértők szerint ebben az esetben különösen meglepő, hogy az O2 nem reagált el az égitest formálódása során, ami ebből kiindulva nagyon lassan, és finoman mehetett végbe. A felfedezésnek a molekuláris felhők összetételének újragondolásán túl más következményei is lehetnek. A Földön a molekuláris oxigén gyakorinak számít, mióta 2,5 milliárd éve az első fotoszintetizáló organizmusok elkezdték azt termelni. Ennek megfelelően az O2 jelenléte az univerzumban élet után kutató szakértők számára az egyik legfontosabb jelnek tekinthető. Viszont ha a molekula a vártnál nagyobb mennyiségben van jelen a molekuláris felhőkben, megbízhatatlanabbá válhat, mint az élet árulkodó jele, mondja Sarah Seager, az MIT exobolygó-kutatója. Az eddigi kutatások tanúsága szerint, azok a molekulák, amelyeket a különböző üstökösök környezetében detektáltak, mind kimutathatók a molekuláris felhőkben is, vagyis ha egy üstökös a vártnál nagyobb mennyiségű O2-t bocsát ki magából, könnyen lehetséges, hogy az az anyagfelhő is többet tartalmazott a gázból, amelyből az égitest és rendszere kialakult. A kutatók elmondása szerint könnyen elképzelhető, hogy a többi molekuláris felhőben is több O2 van, mint eddig gondoltuk, csak mivel távolról nagyon nehéz detektálni a molekulát, az annak mennyiségével kapcsolatos becslések is pontatlanok.
Másrészről viszont az is igaz, hogy a bolygórendszerek élhető zónájában jelenlegi ismereteink szerint lehetetlen, hogy a primordiális oxigén hosszabb ideig megmaradjon. A bolygók keletkezése során azok anyaga felhevül, és atomi szinten is átrendeződik, szemben az üstökösökkel, amelyek konzerválják a korai állapotokat. Ha tehát egy távoli kőzetbolygó légkörében oxigénjelet detektálna az emberiség egyik űrkutatási eszköze, az nagy valószínűséggel azt jelezné, hogy élet van a bolygón, hiszen az O2 élettartama normális körülmények közt túl rövid ahhoz, hogy folyamatos utánpótlás nélkül jelen legyen egy planéta atmoszférájában, mondja Seager. A szakértő ugyanakkor azt is hozzáteszi, hogy más forrásai is lehetnek O2-nek az életen kívül, és a mostani felfedezés pontosan arra világít rá, hogy a molekuláris oxigén olyan folyamatokban is létrejöhet, amelyekre eddig nem is gondoltunk, vagy jelentéktelennek hittünk. A Neptunuszon túl rendkívül hideg van, mégsem gondolta senki eddig, hogy elegendően alacsony a hőmérséklet és kellően változatlan a környezet ahhoz, hogy két oxigénatom összekapcsolódjon, és huzamosabb ideig együtt is maradjon, a jelek szerint azonban ez mégis lehetséges.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!