Komet Halley. Kredit gambar: MPAE. Klik untuk membesarkan.
Sebagai Profesor Emeritus dari Institut Max Planck, Dr. Kissel mempunyai pengabdian seumur hidup terhadap kajian komet. "Pada awal abad ke-20 ekor komet mengarah pada postulasi dan kemudian untuk mengesan 'angin suria', aliran atom terion yang terus-menerus dihanyutkan dari matahari. Apabila pemerhatian astronomi menjadi lebih kuat, semakin banyak konstituen dapat dikenal pasti, kedua-dua zarah pepejal dan molekul gas, neutral dan terion. " Oleh kerana teknik kami mengkaji pelawat sistem suria luar ini menjadi lebih halus, begitu juga teori kami tentang apa yang mungkin terdiri dari mereka - dan bagaimana rupa mereka. Kata Kissel, "Banyak model telah diusulkan untuk menggambarkan penampilan komet yang dinamis, dari mana Fred Whipple nampaknya paling menjanjikan. Ini mendalilkan inti yang terbuat dari air-es dan debu. Di bawah pengaruh matahari, air-ais akan menyerap dan mempercepat zarah-zarah debu sepanjang perjalanannya. "
Namun, mereka adalah misteri - misteri yang ingin diselesaikan oleh sains. "Tidak sampai Halley diketahui bahawa banyak komet adalah sebahagian dari sistem suria kita dan mengorbit matahari seperti planet-planet, hanya pada orbit jenis lain dan dengan kesan tambahan kerana pelepasan bahan." komen Kissel. Tetapi hanya dengan mendekatkan diri dan peribadi dengan komet, kita dapat menemui lebih banyak lagi. Dengan Halley kembali ke sistem suria dalaman kita, rancangan dibuat untuk menangkap komet dan namanya Giotto.
Misi Giotto adalah mendapatkan gambar warna inti, menentukan komposisi unsur dan isotop komponen mudah berubah dalam koma komet, mengkaji molekul induk, dan membantu kita memahami proses fizikal dan kimia yang berlaku di atmosfera komersil dan ionosfera. Giotto akan menjadi yang pertama menyiasat sistem makroskopik aliran plasma yang dihasilkan dari interaksi angin kometari-matahari. Yang paling tinggi dalam senarai keutamaannya adalah mengukur kadar pengeluaran gas dan menentukan komposisi unsur dan isotop zarah debu. Kritikal bagi penyelidikan saintifik adalah fluks debu - ukuran dan taburan jisimnya serta nisbah habuk-ke-gas yang penting. Oleh kerana kamera dalam pesawat menggambarkan inti dari jarak 596 km - menentukan bentuk dan ukurannya - ia juga memantau struktur dalam koma debu dan mengkaji gas dengan spektrometer jisim neutral dan ion. Seperti yang dicurigai oleh sains, misi Giotto mendapati gas itu terutama air, tetapi mengandung karbon monoksida, karbon dioksida, pelbagai hidrokarbon, serta jejak besi dan natrium.
Sebagai pemimpin penyelidikan pasukan untuk misi Giotto, Dr. Kissel ingat, "Ketika misi jarak dekat pertama untuk komet 1P / Halley datang, inti dikenal pasti dengan jelas pada tahun 1986. Ia juga pertama kalinya zarah debu, komet gas yang dilepaskan dianalisis secara in situ, iaitu tanpa gangguan manusia atau pengangkutan kembali ke tanah. " Ini adalah masa yang menggembirakan dalam penyelidikan kometari, melalui instrumen Giotto, para penyelidik seperti Kissel kini dapat mempelajari data seperti sebelumnya. "Analisis pertama ini menunjukkan bahawa zarah-zarah adalah semua campuran bahan organik berjisim tinggi dan zarah debu yang sangat kecil. Kejutan terbesar pastinya adalah inti yang sangat gelap (hanya memantulkan 5% cahaya yang bersinar ke atasnya) dan jumlah dan kerumitan bahan organik. "
Tetapi adakah komet benar-benar lebih dari sekadar bola salji yang kotor? "Sehingga hari ini tidak ada - sejauh pengetahuan saya - tidak ada ukuran yang menunjukkan adanya ais air padat yang terpapar di permukaan komet." kata Kissel, "Namun, kami mendapati bahawa air (H2O) sebagai gas dapat dilepaskan oleh reaksi kimia yang terjadi ketika komet semakin dipanaskan oleh matahari. Sebabnya ialah ‘panas terpendam’, iaitu tenaga yang tersimpan dalam bahan komersil yang sangat sejuk, yang memperoleh tenaga dengan sinaran kosmik yang kuat semasa debu bergerak melalui ruang antara bintang melalui pemutusan ikatan. Sangat dekat dengan model yang diperjuangkan oleh mendiang J. Mayo Greenberg selama bertahun-tahun. "
Kita sekarang tahu Comet Halley terdiri daripada bahan paling primitif yang diketahui oleh kita dalam sistem suria. Dengan pengecualian nitrogen, unsur-unsur cahaya yang ditunjukkan sangat serupa dengan Matahari kita sendiri. Beberapa ribu zarah debu ditentukan sebagai hidrogen, karbon, nitrogen, oksigen - dan juga unsur pembentuk mineral seperti natrium, magnesium, silikon, kalsium dan besi. Oleh kerana unsur-unsur yang lebih ringan ditemui jauh dari nukleus, kita tahu mereka bukan zarah es komet. Dari kajian kimia kimia antar bintang yang mengelilingi bintang, kami telah belajar bagaimana molekul rantai karbon bertindak balas terhadap unsur-unsur seperti nitrogen, oksigen, dan hidrogen dalam bahagian yang sangat kecil. Dalam ruang yang sangat sejuk, mereka dapat berpolimerisasi - mengubah susunan molekul sebatian ini menjadi baru. Mereka mempunyai komposisi peratusan yang asli, tetapi berat molekulnya lebih besar dan sifat yang berbeza. Tetapi apakah sifat-sifat itu?
Terima kasih kepada beberapa maklumat yang sangat tepat dari pertemuan rapat siasatan dengan Comet Halley, Ranjan Gupta dari Pusat Astronomi dan Astrofizik Antara Universiti (IUCAA) dan rakan-rakannya telah membuat beberapa penemuan yang sangat menarik dengan komposisi debu komet dan sifat hamburan. Sejak misi awal untuk komet adalah "fly-bys", semua bahan yang ditangkap dianalisis secara in-situ. Jenis analisis ini menunjukkan bahawa bahan komet umumnya merupakan campuran silikat dan karbon dalam struktur amorf dan kristal yang terbentuk dalam matriks. Setelah air menguap, ukuran biji-bijian ini berkisar dari sub-mikron hingga mikron dan sifatnya sangat berpori - mengandungi bentuk tidak bulat dan tidak teratur.
Menurut Gupta, kebanyakan model awal penyebaran cahaya dari biji-bijian seperti itu "berdasarkan sfera padat dengan teori Mie konvensional dan hanya dalam beberapa tahun kebelakangan ini - ketika misi ruang angkasa memberikan bukti kuat terhadap ini - adakah model baru telah dikembangkan di mana - biji-bijian berbentuk bulat dan berliang telah digunakan untuk menghasilkan semula fenomena yang diperhatikan ”. Dalam kes ini, polarisasi linear dihasilkan oleh komet dari cahaya suria yang berlaku. Terhad pada pesawat - arah dari mana cahaya tersebar - ia berbeza mengikut kedudukan ketika komet menghampiri atau surut dari Matahari. Seperti yang dijelaskan oleh Gupta, "Ciri penting kurva polarisasi ini berbanding sudut hamburan (disebut geometri komet matahari-bumi) adalah terdapat beberapa tahap polarisasi negatif."
Dikenali sebagai 'hamburan belakang', negatif ini berlaku semasa memantau panjang gelombang tunggal - cahaya monokromatik. Algoritma Mie memodelkan semua proses hamburan yang diterima disebabkan oleh bentuk sfera, dengan mengambil kira pantulan luaran, banyak pantulan dalaman, transmisi dan gelombang permukaan. Keamatan cahaya yang tersebar ini berfungsi sebagai fungsi sudut, di mana 0? menyiratkan penyebaran ke depan, jauh dari arah lampu yang asal, sementara 180? menyiratkan penyebaran belakang - anugerah kembali sumber cahaya.
Menurut Gupta, "Penyebaran punggung terlihat di kebanyakan komet pada umumnya dalam jalur yang dapat dilihat dan untuk beberapa komet pada jalur dekat infra merah (NIR)." Pada masa ini, model yang berusaha untuk menghasilkan aspek polarisasi negatif ini pada sudut hamburan tinggi mempunyai kejayaan yang sangat terhad.
Kajian mereka menggunakan DDA yang diubah (pendekatan dipol diskrit) - di mana setiap butiran debu dianggap sebagai susunan dipol. Sebilangan besar molekul boleh mengandungi ikatan yang berada di antara hujung ionik dan kovalen. Perbezaan antara elektronegativiti atom dalam molekul cukup mencukupi sehingga elektron tidak dibahagi sama - tetapi cukup kecil sehingga elektron tidak hanya tertarik pada salah satu atom untuk membentuk ion positif dan negatif. Ikatan jenis dalam molekul ini dikenali sebagai polar. kerana mempunyai hujung positif dan negatif - atau kutub - dan molekul mempunyai momen dipol.
Dipol ini saling berinteraksi untuk menghasilkan kesan penyerakan cahaya seperti kepupusan - sfera yang lebih besar daripada panjang gelombang cahaya akan menyekat cahaya monokromatik dan putih - dan polarisasi - penyerakan gelombang cahaya yang masuk. Dengan menggunakan model butiran komposit dengan matriks grafit dan silikat silikat, julat ukuran butir yang sangat spesifik mungkin diperlukan untuk menjelaskan sifat yang diperhatikan dalam debu kometari. “Namun, model kami juga tidak dapat menghasilkan semula polarisasi negatif yang diperhatikan dalam beberapa komet. Tidak semua komet menunjukkan fenomena ini pada jalur NIR 2.2 mikron. "
Model gandum komposit ini dikembangkan oleh Gupta et al; perlu diperhalusi lebih jauh untuk menerangkan cabang polarisasi negatif, serta jumlah polarisasi dalam pelbagai panjang gelombang. Dalam kes ini, ia adalah kesan warna dengan polarisasi yang lebih tinggi pada warna merah daripada cahaya hijau. Simulasi makmal yang lebih luas mengenai biji-bijian komposit akan datang dan "Kajian mengenai sifat penyerakan cahaya mereka akan membantu dalam menyempurnakan model sedemikian."
Permulaan manusia yang berjaya mengikuti jejak debu komersil ini bermula dengan Halley. Vega 1, Vega 2 dan Giotto menyediakan model yang diperlukan untuk peralatan penyelidikan yang lebih baik. Pada bulan Mei 2000, Drs. Franz R. Krueger dan Jochen Kissel dari Max Planck Institute menerbitkan penemuan mereka sebagai "Analisis Kimia Langsung Pertama dari Debu Antarbintang". Kata Dr. Kissel, "Tiga spektrometer jisim impak debu kami (PIA di atas kapal GIOTTO, dan PUMA-1 dan -2 di atas kapal VEGA-1 dan -2) menemui Comet Halley. Dengan mereka, kami dapat menentukan komposisi asas debu kometari. Maklumat molekul, bagaimanapun, hanya sedikit. " Pertemuan dekat Deep Space 1 dengan Comet Borrelly mengembalikan gambar terbaik dan data sains lain yang diterima setakat ini. Pada Pasukan Borelly, Dr. Kissel menjawab, "Misi terbaru ke Borrelly (dan STARDUST) menunjukkan perincian permukaan komet yang menarik seperti cerun tinggi 200m dan puncak menara selebar 20m dan tinggi 200m."
Walaupun terdapat banyak masalah dalam misi, Deep Space 1 terbukti berjaya sepenuhnya. Menurut Log Misi Dr. Mark Rayman pada 18 Disember 2001, “Kekayaan data sains dan kejuruteraan yang dikembalikan oleh misi ini akan dianalisis dan digunakan selama bertahun-tahun yang akan datang. Pengujian berisiko tinggi, teknologi canggih bermaksud bahawa banyak misi penting masa depan yang sebaliknya tidak dapat dicapai atau bahkan mustahil sekarang berada dalam genggaman kita. Dan seperti yang diketahui oleh semua pembaca makroskopik, hasil ilmiah yang kaya dari komet Borrelly memberikan para saintis pandangan baru yang menarik mengenai ahli keluarga suria yang penting ini. "
Sekarang Stardust telah membuat siasatan kami selangkah lagi. Mengumpulkan zarah-zarah primitif ini dari Comet Wild 2, butiran debu akan disimpan dengan selamat di dalam gel udara untuk dikaji semasa siasatan kembali. Donald Brownlee dari NASA mengatakan, "Debu komet juga akan dikaji secara real time oleh spektrometer massa waktu penerbangan yang berasal dari instrumen PIA yang dibawa ke komet Halley dalam misi Giotto. Instrumen ini akan memberikan data mengenai bahan zarah organik yang mungkin tidak bertahan dari penangkapan gel udara, dan ia akan menyediakan kumpulan data yang tidak ternilai yang dapat digunakan untuk menilai kepelbagaian di antara komet dengan perbandingan dengan data debu Halley yang direkodkan dengan teknik yang sama.
Zarah-zarah ini mungkin mengandungi jawapan, yang menjelaskan bagaimana debu dan komet antara bintang dapat menghasilkan kehidupan di Bumi dengan memberikan unsur-unsur fizikal dan kimia yang sangat penting untuk pengembangannya. Menurut Browlee, "Stardust menangkap ribuan zarah komet yang akan dikembalikan ke Bumi untuk dianalisis, secara terperinci, oleh para penyelidik di seluruh dunia." Sampel debu ini akan membolehkan kita melihat kembali kira-kira 4.5 bilion tahun yang lalu - mengajar kita mengenai sifat asas butiran antarbintang dan bahan pepejal lain - blok bangunan sistem suria kita sendiri. Kedua-dua atom yang terdapat di Bumi dan di badan kita sendiri mengandungi bahan yang sama seperti yang dikeluarkan oleh komet.
Dan ia terus bertambah baik. Sekarang dalam perjalanan ke Komet Komet 67 P / Churyumov- Gerasimenko, Rosetta ESA akan menyelami misteri komet dengan lebih mendalam kerana ia berjaya mendarat di permukaan. Menurut ESA, peralatan seperti "Grain Impact Analyzer and Dust Accumulator (GIADA) akan mengukur jumlah, jisim, momentum, dan penyebaran kecepatan butiran debu yang berasal dari inti komet dan dari arah lain (dicerminkan oleh tekanan radiasi matahari) - sementara Sistem Analisis Debu Mikro Pengimejan (MIDAS) akan mengkaji persekitaran debu di sekitar komet. Ini akan memberikan maklumat mengenai populasi zarah, ukuran, isi padu, dan bentuknya. "
Satu zarah komet tunggal boleh menjadi gabungan berjuta-juta butiran debu antarbintang individu, yang membolehkan kita memberi wawasan baru mengenai proses galaksi dan nebular meningkatkan pemahaman kita mengenai kedua-dua komet dan bintang. Sama seperti kita telah menghasilkan asid amino dalam keadaan makmal yang mensimulasikan apa yang mungkin berlaku dalam komet, kebanyakan maklumat kita telah diperoleh secara tidak langsung. Dengan memahami polarisasi, penyerapan panjang gelombang, sifat hamburan dan bentuk ciri silikat, kita memperoleh pengetahuan berharga mengenai sifat fizikal dari apa yang masih belum kita terokai. Matlamat Rosetta adalah membawa pendarat ke inti komet dan menyebarkannya ke permukaan. Ilmu pendaratan akan menumpukan pada kajian in-situ mengenai komposisi dan struktur nukleus - kajian yang tidak dapat ditandingi mengenai bahan komet - menyediakan penyelidik seperti Dr. Jochen Kissel maklumat berharga.
Pada 4 Julai 2005, misi Deep Impact akan tiba di Comet Temple 1. Yang terkubur di bawah permukaannya mungkin lebih banyak jawapan. Dalam usaha membentuk kawah baru di permukaan komet, jisim 370 kg akan dilepaskan untuk mempengaruhi sisi cahaya matahari Tempel 1. Hasilnya adalah penyingkiran zarah ais dan habuk yang segar dan akan meningkatkan pemahaman kita mengenai komet dengan memerhatikan perubahan aktiviti. Kapal terbang ini akan memantau struktur dan komposisi bahagian dalam kawah - menyampaikan data kembali kepada pakar debu komet Bumi, Kissel. "Impak Dalam akan menjadi yang pertama untuk mensimulasikan kejadian semula jadi, kesan badan yang padat ke inti komet. Kelebihannya adalah bahawa masa hentakan sudah terkenal dan kapal angkasa yang dilengkapi dengan betul ada ketika hentaman itu berlaku. Ini pasti akan memberikan maklumat tentang apa yang ada di bawah permukaan tempat kita mempunyai gambar oleh misi sebelumnya. Banyak teori telah dirumuskan untuk menggambarkan tingkah laku terma inti komet, yang memerlukan kerak tebal atau nipis dan atau ciri lain. Saya yakin semua model ini harus dipuji oleh yang baru selepas Deep Impact. "
Setelah menjalani penyelidikan komet sepanjang hayat, Dr. Kissel masih mengikuti jejak debu, "Menariknya penyelidikan komet bahawa setelah setiap pengukuran baru ada fakta baru, yang menunjukkan kepada kita, betapa salahnya kita. Dan itu masih pada tahap yang lebih global. " Apabila kaedah kami bertambah baik, begitu juga pemahaman kami mengenai pelawat ini dari Oort Cloud. Kata Kissel, "Situasinya tidak sederhana dan banyak model sederhana menggambarkan aktiviti kometari global dengan cukup baik, sementara perinciannya masih harus dikerjakan, dan model termasuk aspek kimia belum tersedia." Bagi seorang lelaki yang telah berada di sana sejak awal, bekerja dengan Deep Impact meneruskan kerjaya yang terkenal. "Sangat menggembirakan untuk menjadi sebahagian daripadanya" kata Dr. Kissel, "dan saya sangat ingin melihat apa yang berlaku selepas Impak Dalam dan bersyukur dapat menjadi bagian daripadanya."
Buat pertama kalinya, kajian akan berjalan lancar di bawah permukaan komet, yang menunjukkan bahannya yang masih asli - belum tersentuh sejak terbentuk. Apa yang terletak di bawah permukaan? Mari berharap spektroskopi menunjukkan karbon, hidrogen, nitrogen dan oksigen. Ini diketahui menghasilkan molekul organik, bermula dengan hidrokarbon asas, seperti metana. Adakah proses ini akan meningkat dalam kerumitan untuk membuat polimer? Adakah kita akan menemukan asas karbohidrat, sakarida, lipid, gliserida, protein dan enzim? Mengikuti jejak debu mungkin akan menjadi asas yang paling hebat dari semua bahan organik - asid deoksiribonukleik - DNA.
Ditulis oleh Tammy Plotner
