Об открытии, что кометы производят кислородный газ – также называемый молекулярным кислородом или O2 – объявили в 2015 исследователи, изучающие комету 67P/Churyumov-Gerasimenko с космическим кораблем Розетты Европейского космического агентства. Миссия неожиданно нашла богатые уровни молекулярного кислорода в атмосфере кометы. Молекулярный кислород в космосе очень нестабилен, поскольку кислород предпочитает разделять на пары с водородом, чтобы сделать воду или углерод, чтобы сделать углекислый газ.
Действительно, O2 был только обнаружен дважды прежде в космосе в формирующих звезду туманностях.Ученые предложили, чтобы молекулярный кислород на комете 67P/Churyumov-Gerasimenko, возможно, таял от ее поверхности, будучи замороженным в комете с рассвета солнечной системы 4,6 миллиарда лет назад. Но вопросы сохраняются, потому что некоторые ученые говорят, что кислород должен был реагировать с другими химикатами за все то время.Преподаватель химического машиностроения в Калифорнийском технологическом институте, Константиносе П. Джиэписе, начал смотреть на данные Розетты, потому что химические реакции, происходящие на поверхности кометы, были подобны тем, он выступал в лаборатории в течение прошлых 20 лет.
Джиэпис изучает химические реакции, включающие быстродействующие заряженные атомы или ионы, сталкивающиеся с полупроводниковыми поверхностями как средство создать более быстрые компьютерные микросхемы и большие цифровые воспоминания для компьютеров и телефонов.«Я начал интересоваться пространством и искал места, где ионы будут ускорены против поверхностей», говорит Джиэпис. «После рассмотрения измерений сделал на комете Розетты, в особенности относительно энергий молекул воды, поражающих комету, все это щелкнуло. То, что я изучал в течение многих лет, происходит прямо здесь на этой комете».
В новом Коммуникационном исследовании Природы Giapis и его соавтор, постдокторский ученый Юнкси Яо, демонстрируют в лаборатории, как комета могла производить кислород. В основном поток молекул водяного пара от кометы как космическое тело нагрет солнцем. Молекулы воды становятся ионизированными или заряженными, ультрафиолетовым светом от солнца, и затем ветер солнца уносит ионизированные молекулы воды назад к комете. Когда молекулы воды поражают поверхность кометы, которая содержит кислород, связанный в материалах, таких как ржавчина и песок, молекулы поднимают другой атом кислорода с этих поверхностей, и O2 сформирован.
Другими словами, новое исследование подразумевает, что молекулярный кислород, найденный Розеттой, не должен быть исконным, в конце концов, но может быть произведен в режиме реального времени на комете.«Мы показали экспериментально, что возможно сформировать молекулярный кислород динамично на поверхности материалов, подобных найденным на комете», говорит Яо.«Мы понятия не имели, когда мы построили наши лабораторные установки, что они закончат тем, что относились к астрофизике комет», говорит Джиэпис. «Этот оригинальный механизм химии основан на редко рассмотренном классе реакций Eley-Rideal, которые происходят, когда стремительные молекулы, вода в этом случае, сталкиваются с поверхностями и извлекают атомы, проживающие там, формируя новые молекулы.
Все необходимые условия для таких реакций существуют на комете 67P».Другие астрофизические организации, такие как планеты вне нашей солнечной системы или экзопланеты, могли бы также произвести молекулярный кислород с подобным «неживым» механизмом – без потребности в жизни. Это может влиять, как исследователи ищут признаки жизни на экзопланетах в будущем.«Кислород – важная молекула, которая очень неуловима в межзвездном пространстве», говорит астроном Пол Голдсмит JPL, которым управляет Калифорнийский технологический институт для НАСА.
Голдсмит – координатор проекта НАСА для миссии Европейского космического агентства Herschel, которая сделала первое подтвержденное обнаружение молекулярного кислорода в космосе в 2011. «Этот производственный механизм, изученный в лаборатории профессора Джиэписа, мог работать в диапазоне окружающей среды и показывает важную связь между лабораторными исследованиями и астрохимией».