Sao chổi của Halley. Tín dụng hình ảnh: MPAE. Nhấn vào đây để phóng to.
Là giáo sư danh dự của Viện Max Planck, Tiến sĩ Kissel có một sự cống hiến trọn đời cho nghiên cứu về sao chổi. Vào đầu thế kỷ 20, đuôi sao chổi dẫn đến sự suy đoán và sau đó là sự phát hiện của gió mặt trời, một dòng nguyên tử bị ion hóa liên tục thổi ra khỏi mặt trời. Khi các quan sát thiên văn trở nên mạnh mẽ hơn, ngày càng có nhiều thành phần có thể được xác định, cả các hạt trạng thái rắn và các phân tử khí, trung tính và ion hóa. Khi các kỹ thuật nghiên cứu các khách truy cập hệ mặt trời bên ngoài này trở nên tinh tế hơn, do đó, các lý thuyết của chúng tôi về những gì chúng có thể bao gồm - và chúng trông như thế nào. Nói Kissel, nhiều mô hình đã được đề xuất để mô tả sự xuất hiện năng động của một sao chổi, từ đó Fred Whíp Vĩ rõ ràng là hứa hẹn nhất. Nó yêu cầu một hạt nhân được tạo thành từ nước và băng. Dưới ảnh hưởng của mặt trời, băng nước sẽ thăng hoa và gia tốc các hạt bụi trên đường đi của nó.
Tuy nhiên, chúng là một bí ẩn - một bí ẩn mà khoa học mong muốn giải quyết. Cho đến khi Halley biết rằng nhiều sao chổi là một phần của hệ mặt trời của chúng ta và quay quanh mặt trời giống như các hành tinh, chỉ trên các quỹ đạo loại khác và với các hiệu ứng bổ sung do sự phát xạ của vật liệu. Bình luận Kissel. Nhưng chỉ khi đến gần và cá nhân với một sao chổi, chúng ta mới có thể khám phá nhiều hơn nữa. Với Halley, trở lại hệ mặt trời bên trong của chúng ta, các kế hoạch đã được thực hiện để bắt một sao chổi và tên của nó là Giotto.
Nhiệm vụ Giotto, đã thu được các bức ảnh màu của hạt nhân, xác định thành phần nguyên tố và đồng vị của các thành phần dễ bay hơi trong trạng thái hôn mê, nghiên cứu các phân tử mẹ và giúp chúng ta hiểu các quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong bầu khí quyển và tầng điện ly. Giotto sẽ là người đầu tiên nghiên cứu các hệ thống vĩ mô của dòng plasma phát sinh từ sự tương tác gió mặt trời-sao chổi. Cao trong danh sách ưu tiên của nó là đo tốc độ sản xuất khí và xác định thành phần nguyên tố và đồng vị của các hạt bụi. Điều quan trọng đối với cuộc điều tra khoa học là thông lượng bụi - kích thước và phân bố khối lượng của nó và tỷ lệ bụi-khí quan trọng. Khi các máy ảnh trên tàu chụp được hạt nhân từ cách xa 596 km - xác định hình dạng và kích thước của nó - nó cũng đang theo dõi các cấu trúc trong tình trạng hôn mê bụi và nghiên cứu khí bằng cả máy quang phổ khối trung tính và ion. Như khoa học nghi ngờ, sứ mệnh Giotto đã tìm thấy khí chủ yếu là nước, nhưng nó có chứa carbon monoxide, carbon dioxide, các hydrocarbon khác nhau, cũng như một dấu vết của sắt và natri.
Là người lãnh đạo nghiên cứu nhóm cho nhiệm vụ Giotto, Tiến sĩ Kissel nhớ lại, Khi lần đầu tiên thực hiện nhiệm vụ với sao chổi 1P / Halley, một hạt nhân đã được xác định rõ ràng vào năm 1986. Đây cũng là lần đầu tiên hạt bụi, sao chổi khí thải được phân tích tại chỗ, tức là không có sự can thiệp của con người cũng như vận chuyển trở lại mặt đất. Đó là một thời gian thú vị trong nghiên cứu tiền tệ, thông qua thiết bị Giotto, các nhà nghiên cứu như Kissel giờ đây có thể nghiên cứu dữ liệu hơn bao giờ hết. Những phân tích đầu tiên cho thấy các hạt đều là hỗn hợp mật thiết của vật liệu hữu cơ có khối lượng lớn và các hạt bụi rất nhỏ. Điều ngạc nhiên lớn nhất chắc chắn là hạt nhân rất tối (chỉ phản xạ 5% ánh sáng chiếu vào nó) và lượng và độ phức tạp của vật liệu hữu cơ.
Nhưng sao chổi có thực sự là thứ gì đó nhiều hơn hay chỉ là một quả cầu tuyết bẩn? Cho đến ngày hôm nay, theo hiểu biết của tôi - không có phép đo nào cho thấy sự tồn tại của nước đá rắn lộ ra trên bề mặt sao chổi. Kissel nói, Tuy nhiên, chúng tôi thấy rằng nước (H 2 O) như một chất khí có thể được giải phóng do các phản ứng hóa học xảy ra khi sao chổi ngày càng nóng lên bởi mặt trời. Lý do có thể là nhiệt lượng tiềm ẩn, tức là năng lượng được lưu trữ trong vật liệu sao chổi rất lạnh, thu được năng lượng bằng bức xạ vũ trụ cực mạnh trong khi bụi bay qua không gian giữa các vì sao phá vỡ liên kết. Rất gần với mô hình mà cố J. J. Mayo Greenberg đã tranh cãi trong nhiều năm.
Bây giờ chúng ta biết Comet Halley bao gồm các vật liệu nguyên thủy nhất được biết đến với chúng ta trong hệ mặt trời. Ngoại trừ nitơ, các nguyên tố ánh sáng được thể hiện khá giống với sự phong phú của Mặt trời của chúng ta. Vài ngàn hạt bụi được xác định là hydro, carbon, nitơ, oxy - cũng như các nguyên tố hình thành khoáng chất như natri, magiê, silicon, canxi và sắt. Bởi vì các nguyên tố nhẹ hơn được phát hiện ở rất xa hạt nhân, chúng tôi biết rằng chúng không phải là các hạt băng. Từ các nghiên cứu về hóa học của khí liên sao xung quanh các ngôi sao, chúng tôi đã học được cách các phân tử chuỗi carbon phản ứng với các nguyên tố như nitơ, oxy và trong một phần rất nhỏ là hydro. Trong cái lạnh khắc nghiệt của không gian, chúng có thể trùng hợp - thay đổi sự sắp xếp phân tử của các hợp chất này để tạo thành mới. Chúng sẽ có cùng thành phần phần trăm của bản gốc, nhưng trọng lượng phân tử lớn hơn và các thuộc tính khác nhau. Nhưng những tính chất đó là gì?
Nhờ một số thông tin rất chính xác từ cuộc gặp gỡ gần gũi với Comet Halley, Ranjan Gupta thuộc Trung tâm thiên văn học và vật lý thiên văn liên trường (IUCAA) và các đồng nghiệp của ông đã đưa ra một số phát hiện rất thú vị với thành phần bụi và phân tán bụi. Vì các nhiệm vụ ban đầu đối với sao chổi là bay fly-bys, nên tất cả các tài liệu thu được được phân tích tại chỗ. Kiểu phân tích này cho thấy các vật liệu đồng tiền nói chung là hỗn hợp của silicat và carbon trong cấu trúc vô định hình và tinh thể được hình thành trong ma trận. Một khi nước bay hơi, kích thước của các hạt này dao động từ tiểu micron đến micron và có độ xốp cao trong tự nhiên - chứa hình dạng không hình cầu và không đều.
Theo Gupta, hầu hết các mô hình tán xạ ánh sáng ban đầu từ các hạt như vậy đều là cơ sở dựa trên các khối cầu rắn với lý thuyết Mie thông thường và chỉ trong những năm gần đây - khi các sứ mệnh không gian cung cấp bằng chứng mạnh mẽ chống lại điều này - các mô hình mới đã được phát triển ở nơi không hạt xốp-xốp và xốp đã được sử dụng để tái tạo hiện tượng quan sát. Trong trường hợp này, sự phân cực tuyến tính được tạo ra bởi sao chổi từ ánh sáng mặt trời tới. Giới hạn trong một mặt phẳng - hướng mà ánh sáng bị tán xạ - nó thay đổi theo vị trí khi sao chổi tiến đến hoặc lùi dần khỏi Mặt trời. Như Gupta giải thích, một đặc điểm quan trọng của đường cong phân cực này so với góc tán xạ (gọi là hình học sao chổi mặt trời) là có một mức độ phân cực âm.
Được biết đến như là tán xạ ngược, sự tiêu cực này xảy ra khi theo dõi một bước sóng duy nhất - ánh sáng đơn sắc. Thuật toán Mie mô hình tất cả các quá trình tán xạ được chấp nhận gây ra bởi hình dạng hình cầu, có tính đến sự phản xạ bên ngoài, nhiều phản xạ bên trong, truyền và sóng bề mặt. Cường độ ánh sáng tán xạ này hoạt động như một hàm của góc, trong đó 0? ngụ ý tán xạ về phía trước, cách xa đèn ban đầu, trong khi 180? ngụ ý tán xạ trở lại - giải thưởng trở lại nguồn sáng.
Theo Gupta, sự tán xạ của Back Back được nhìn thấy trong hầu hết các sao chổi nói chung trong các dải nhìn thấy được và đối với một số sao chổi trong các dải màu đỏ gần (NIR). Ở thời điểm hiện tại, các mô hình cố gắng tái tạo khía cạnh phân cực âm này ở các góc tán xạ cao có thành công rất hạn chế.
Nghiên cứu của họ đã sử dụng một DDA được sửa đổi (xấp xỉ lưỡng cực rời rạc) - trong đó mỗi hạt bụi được coi là một mảng các lưỡng cực. Một loạt các phân tử tuyệt vời có thể chứa các liên kết nằm giữa các cực trị của ion và cộng hóa trị. Sự khác biệt giữa độ âm điện của các nguyên tử trong phân tử là đủ để các electron aren lồng chia đều - nhưng đủ nhỏ để các electron aren chỉ thu hút một trong các nguyên tử để tạo thành các ion dương và âm. Loại liên kết này trong các phân tử được gọi là cực. bởi vì nó có đầu cực dương và cực âm - hoặc cực - và các phân tử có mômen lưỡng cực.
Các lưỡng cực này tương tác với nhau tạo ra các hiệu ứng tán xạ ánh sáng như tuyệt chủng - những quả cầu lớn hơn bước sóng ánh sáng sẽ chặn ánh sáng đơn sắc và trắng - và phân cực - sự tán xạ của sóng ánh sáng tới. Bằng cách sử dụng mô hình hạt tổng hợp với ma trận than chì và silicat, có thể cần một phạm vi kích thước hạt rất cụ thể để giải thích các đặc tính quan sát được trong bụi sao chổi. Tuy nhiên, mô hình của chúng tôi cũng không thể tái tạo nhánh phân cực âm được quan sát thấy ở một số sao chổi. Không phải tất cả các sao chổi đều thể hiện hiện tượng này trong dải NIR là 2,2 micron.
Những mô hình hạt tổng hợp được phát triển bởi Gupta et al; sẽ cần phải được tinh chỉnh hơn nữa để giải thích nhánh phân cực âm, cũng như lượng phân cực trong các bước sóng khác nhau. Trong trường hợp này, đó là hiệu ứng màu có độ phân cực cao hơn màu đỏ so với ánh sáng xanh. Sắp có nhiều mô phỏng phòng thí nghiệm khác nhau về các loại hạt composite và nghiên cứu về tính chất tán xạ ánh sáng của chúng sẽ giúp cải tiến các mô hình như vậy.
Nhân loại khởi đầu thành công khi đi theo con đường bụi sao chổi này bắt đầu với Halley. Vega 1, Vega 2 và Giotto cung cấp các mô hình cần thiết để nghiên cứu thiết bị tốt hơn. Vào tháng 5 năm 2000, Tiến sĩ. Franz R. Krueger và Jochen Kissel của Viện Max Planck đã công bố phát hiện của họ với tư cách là Phân tích hóa học trực tiếp đầu tiên của Bụi giữa các vì sao. Tiến sĩ Kissel nói, Ba trong số các máy quang phổ khối tác động bụi của chúng tôi (PIA trên tàu GIOTTO, và PUMA-1 và -2 trên tàu VEGA-1 và -2) đã gặp Comet Halley. Với những người chúng tôi đã có thể xác định thành phần cơ bản của bụi sao chổi. Thông tin phân tử, tuy nhiên, chỉ là cận biên. Deep Space 1 chạm trán với Comet Borrelly đã trả lại những hình ảnh đẹp nhất và dữ liệu khoa học khác nhận được cho đến nay. Trong nhóm Borelly, Tiến sĩ Kissel trả lời, Nhiệm vụ gần đây của Borrelly (và STARDUST) đã cho thấy các chi tiết hấp dẫn của bề mặt sao chổi như sườn dốc cao 200m và ngọn tháp rộng 20m và cao 200m.
Mặc dù nhiệm vụ rất nhiều vấn đề, Deep Space 1 đã chứng tỏ là một thành công hoàn toàn. Theo Tiến sĩ Mark Rayman, ngày 18 tháng 12 năm 2001, Nhật ký nhiệm vụ, những tài liệu khoa học và kỹ thuật được trả lại bởi nhiệm vụ này sẽ được phân tích và sử dụng trong nhiều năm tới. Việc kiểm tra rủi ro cao, các công nghệ tiên tiến có nghĩa là nhiều nhiệm vụ quan trọng trong tương lai mà nếu không sẽ không thể thực hiện được hoặc thậm chí là không thể trong tầm tay của chúng tôi. Và như tất cả các độc giả vĩ mô đều biết, vụ thu hoạch khoa học phong phú từ sao chổi Borrelly đang cung cấp cho các nhà khoa học những hiểu biết mới về những thành viên quan trọng của gia đình hệ mặt trời.
Bây giờ Stardust đã thực hiện các cuộc điều tra của chúng tôi chỉ một bước nữa. Thu thập các hạt nguyên thủy này từ Comet Wild 2, các hạt bụi sẽ được lưu trữ an toàn trong aerogel để nghiên cứu khi tàu thăm dò trở lại. NASA micro Donald Brownlee cho biết, bụi Comet của Sao chổi cũng sẽ được nghiên cứu trong thời gian thực bằng máy quang phổ khối lượng thời gian bay có nguồn gốc từ thiết bị PIA mang theo sao chổi Halley trong nhiệm vụ Giotto. Công cụ này sẽ cung cấp dữ liệu về các vật liệu hạt hữu cơ có thể không tồn tại trong quá trình thu khí quyển và nó sẽ cung cấp một bộ dữ liệu vô giá có thể được sử dụng để đánh giá sự đa dạng giữa các sao chổi bằng cách so sánh với dữ liệu bụi Halley được ghi lại với cùng một kỹ thuật.
Chính những hạt này có thể chứa một câu trả lời, giải thích làm thế nào bụi và sao chổi có thể đã gieo mầm sự sống trên Trái đất bằng cách cung cấp các yếu tố vật lý và hóa học quan trọng cho sự phát triển của nó. Theo Browlee, Hung Stardust đã bắt được hàng ngàn hạt sao chổi sẽ được đưa trở lại Trái đất để phân tích, với chi tiết thân mật, bởi các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới. Những mẫu bụi này sẽ cho phép chúng ta nhìn lại khoảng 4,5 tỷ năm trước - dạy chúng ta về bản chất cơ bản của các hạt liên sao và các vật liệu rắn khác - chính là các khối xây dựng của hệ mặt trời của chúng ta. Cả hai nguyên tử được tìm thấy trên Trái đất và trong cơ thể của chính chúng ta đều chứa các vật liệu giống như được phát hành bởi sao chổi.
Và nó đang trở nên tốt đẹp hơn. Bây giờ trên đường đến Sao chổi 67 P / Churyumov- Gerasimenko, ESA, Rosetta sẽ đi sâu vào bí ẩn của sao chổi khi nó cố gắng hạ cánh thành công trên bề mặt. Theo ESA, các thiết bị như Máy phân tích tác động hạt và Máy tích lũy bụi (GIADA) sẽ đo lường số lượng, khối lượng, động lượng và vận tốc của các hạt bụi đến từ hạt nhân sao chổi và từ các hướng khác (phản ánh bởi áp suất bức xạ mặt trời) - trong khi Hệ thống phân tích bụi siêu nhỏ (MIDAS) sẽ nghiên cứu môi trường bụi xung quanh sao chổi. Nó sẽ cung cấp thông tin về dân số hạt, kích thước, khối lượng và hình dạng.
Một hạt sao chổi đơn lẻ có thể là tổng hợp của hàng triệu hạt bụi liên sao riêng lẻ, cho phép chúng ta hiểu biết mới về các quá trình thiên hà và tinh vân làm tăng hiểu biết của chúng ta về cả sao chổi và sao. Giống như chúng ta đã tạo ra các axit amin trong điều kiện phòng thí nghiệm mô phỏng những gì có thể xảy ra trong sao chổi, hầu hết thông tin của chúng ta đã được thu thập gián tiếp. Bằng cách hiểu sự phân cực, sự hấp thụ bước sóng, tính chất tán xạ và hình dạng của một tính năng silicat, chúng ta có được kiến thức có giá trị vào các tính chất vật lý của những gì chúng ta chưa khám phá. Mục tiêu của Rosetta sườn sẽ là mang một tàu đổ bộ đến hạt nhân sao chổi và triển khai nó trên bề mặt. Khoa học hạ cánh sẽ tập trung vào nghiên cứu tại chỗ về thành phần và cấu trúc của hạt nhân - một nghiên cứu vô song về vật liệu sao chổi - cung cấp cho các nhà nghiên cứu như Tiến sĩ Jochen Kissel thông tin có giá trị.
Vào ngày 4 tháng 7 năm 2005, nhiệm vụ Deep Impact sẽ đến Comet Temple 1. Chôn dưới bề mặt của nó có thể còn nhiều câu trả lời hơn nữa. Trong nỗ lực hình thành một miệng hố mới trên bề mặt sao chổi, khối lượng nặng 370 kg sẽ được phóng ra để tác động vào mặt trời có ánh sáng mặt trời Tempel 1. Kết quả sẽ là sự phóng ra mới của các hạt băng và bụi và sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về sao chổi bằng cách quan sát những thay đổi trong hoạt động. Nghề thủ công sẽ theo dõi cấu trúc và thành phần của phần bên trong miệng núi lửa - chuyển tiếp dữ liệu trở lại cho chuyên gia về bụi sao chổi Earth Earth, Kissel. Tác động sâu sắc sẽ là người đầu tiên mô phỏng một sự kiện tự nhiên, tác động của một cơ thể rắn lên hạt nhân sao chổi. Ưu điểm là thời gian tác động được biết đến và một tàu vũ trụ được trang bị phù hợp, khi tác động xảy ra. Điều này chắc chắn sẽ cung cấp thông tin về những gì bên dưới bề mặt mà chúng ta có hình ảnh từ các nhiệm vụ trước. Nhiều lý thuyết đã được xây dựng để mô tả hành vi nhiệt của hạt nhân sao chổi, đòi hỏi lớp vỏ dày hoặc mỏng và các tính năng khác. Tôi chắc chắn rằng tất cả các mô hình này sẽ phải được khen ngợi bởi những mô hình mới sau tác động sâu sắc.
Sau một thời gian nghiên cứu về tiền tệ, Tiến sĩ Kissel vẫn đi theo con đường bụi bặm, vì đó là niềm đam mê nghiên cứu của sao chổi rằng sau mỗi phép đo mới, có những sự thật mới, cho chúng ta thấy, chúng ta đã sai lầm như thế nào. Và đó vẫn là ở cấp độ toàn cầu. Khi các phương pháp của chúng tôi được cải thiện, thì sự hiểu biết của chúng tôi về những khách truy cập này từ Đám mây Oort. Kissel nói, Tình hình không đơn giản và nhiều mô hình đơn giản mô tả các hoạt động tiền tệ toàn cầu khá tốt, trong khi các chi tiết vẫn phải được thực hiện và các mô hình bao gồm các khía cạnh hóa học vẫn chưa có. Đối với một người đàn ông đã ở đó từ khi bắt đầu, làm việc với Deep Impact tiếp tục một sự nghiệp nổi bật. Tiến sĩ Kissel rất thú vị khi trở thành một phần của nó. Tiến sĩ Kissel nói, tôi rất háo hức muốn xem điều gì xảy ra sau tác động sâu sắc và biết ơn khi trở thành một phần của nó.
Lần đầu tiên, các nghiên cứu sẽ diễn ra tốt đẹp dưới bề mặt của sao chổi, tiết lộ các vật liệu nguyên sơ của nó - không bị ảnh hưởng kể từ khi hình thành. Những gì nằm dưới bề mặt? Hãy để hy vọng quang phổ cho thấy carbon, hydro, nitơ và oxy. Chúng được biết là tạo ra các phân tử hữu cơ, bắt đầu với các hydrocacbon cơ bản, chẳng hạn như metan. Liệu các quá trình này đã tăng độ phức tạp để tạo ra các polyme? Chúng ta sẽ tìm thấy cơ sở cho carbohydrate, sacarit, lipid, glyceride, protein và enzyme? Theo dấu vết bụi rất có thể dẫn đến nền tảng của chất hữu cơ ngoạn mục nhất - axit deoxyribonucleic - DNA.
Viết bởi Tammy Plotner
