Warum können Kometenköpfe grün sein, aber ihre Schwänze nicht? Wissenschaftler haben dieses seit fast 100 Jahren ungelöste Rätsel nun gelöst.
Aus dem Kuipergürtel und der Oortschen Wolke kommen von Zeit zu Zeit Kometen, die aus Eis, Staub und Gesteinen bestehen: die Überreste der Entstehung des Sonnensystems mit einem Alter von 4,6 Milliarden Jahren.
Sie durchlaufen beim Überqueren des Himmels farbenfrohe Metamorphosen, wobei die Köpfe vieler Kometen ein strahlendes Grün annehmen, das sich aufhellt, wenn sie sich der Sonne nähern. Aber seltsamerweise verblasst dieser grüne Farbton, bevor er einen oder zwei Schweife hinter dem Kometen erreicht.
Astronomen, Physiker und Chemiker rätseln seit fast einem Jahrhundert über dieses Mysterium. In den 1930er Jahren schlug der Physiker Gerhard Herzberg vor, dass dieses Phänomen darauf zurückzuführen ist, dass das Sonnenlicht zweiatomigen Kohlenstoff (auch als Dikohlenstoff oder C2 bekannt) zerstört, eine Chemikalie, die durch die Wechselwirkung von Sonnenlicht und organischer Materie im Kometenkopf gebildet wird - aber da Dikohlenstoff instabil ist, ist dies Theorie war schwer zu testen.
Eine neue Studie von UNSW-Wissenschaftlern, veröffentlicht in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), hat endlich einen Weg gefunden, diese chemische Reaktion im Labor zu testen – und damit die Richtigkeit der 90 Jahre alten Theorie zu beweisen.
„Wir haben den Mechanismus gezeigt, nach dem Dikohlenstoff durch Sonnenlicht gespalten wird“, sagt Timothy Schmidt, Professor für Chemie an der UNSW Science und leitender Autor der Studie.
"Dies erklärt, warum die grüne Koma - die unscharfe Schicht aus Gas und Staub, die den Kern umgibt - schrumpft, wenn sich der Komet der Sonne nähert, und auch, warum der Schweif des Kometen nicht grün ist."
Der Schlüsselspieler im Zentrum des Puzzles, Dicarbon, ist hochreaktiv und dafür verantwortlich, dass viele Kometen grün werden. Es besteht aus zwei Kohlenstoffatomen und kann nur in extrem energiereichen oder sauerstoffarmen Umgebungen wie Sternen, Kometen und dem interstellaren Medium gefunden werden.
Dicarbon existiert auf Kometen erst, wenn sie sich der Sonne nähern. Wenn die Sonne beginnt, den Kometen zu erhitzen, verdunstet die organische Substanz auf dem Eiskern und wird zum Koma. Das Sonnenlicht zerlegt dann diese größeren organischen Moleküle, um Dikohlenstoff zu erzeugen.
Das UNSW-Forschungsteam hat nun gezeigt, dass bei Annäherung des Kometen der Sonne extreme ultraviolette Strahlung die Dikohlenstoffmoleküle spaltet, die die Sonne kürzlich in einem Prozess namens "Photodissoziation" erzeugt hat.
Dieser Prozess zerstört den Dikohlenstoff, bevor er sich weit vom Kern entfernen kann, was dazu führt, dass die grüne Koma heller und dichter wird und die grüne Tönung nie den Schweif des Kometen erreicht.
Diese chemische Wechselwirkung wurde erstmals hier auf der Erde untersucht.
„Gerhard Herzberg war ein herausragender Physiker und erhielt in den 1970er Jahren den Nobelpreis für Chemie. Es ist ziemlich interessant, eines der Dinge beweisen zu können, die er theoretisiert hat “, sagen die Forscher.
Professor Timothy Schmidt, der seit 15 Jahren Dikohlenstoff untersucht, sagt, dass die Ergebnisse dazu beitragen, sowohl Dikohlenstoff als auch Kometen besser zu verstehen.
„Dicarbon wird durch den Zerfall größerer organischer Moleküle gebildet, die im Kern eines Kometen eingefroren sind – die Art von Molekülen, die die Bestandteile des Lebens sind“, sagt er.
„Indem wir seine Lebensdauer und seinen Zerfall verstehen, können wir besser verstehen, wie viel organisches Material von Kometen verdunstet. Solche Entdeckungen könnten uns eines Tages helfen, andere kosmische Mysterien zu lösen.“
Die Studie wurde in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
2021-12-25 23:32:19
Autor: Vitalii Babkin