Rosetta-hírek II.: meglepően sok a nehézvíz az üstökösmagban

217

Szokatlan a 67P üstökösmagjának víztartalma: a deutérium és hidrogén aránya váratlanul magasnak bizonyult a Rosetta mérései alapján.

Az Európai Űrügynökség (ESA) Rosetta űrszondájának keringő egysége folytatja a méréseket a 67P/Churyumov-Gerasimenko-üstökös (röviden 67P) magjáról, valamint a kóma gáz- és poranyagáról.

A ROSINA (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis) elnevezésű ion- és semleges gázkomponens mérésére szolgáló tömegspektrométer 2014. augusztus 8. és szeptember 5. között gyűjtött adatokat a deutérium (nehéz hidrogén)-hidrogén arány (D/H) meghatározására. A ROSINA három kisebb műszert foglal magában: 1) a dupla fókuszú tömegspektrométert (DFMS), 2) a visszaverődési repülési idő mérésén alapuló tömegspektrométert (RTOF), valamint 3) az üstököskóma gáznyomását mérő érzékelőt (COPS). A szóbanforgó D/H arány meghatározása a ROSINA DFMS műszerével történt. A mérések idején üstökös még 3,59 és 3,41 CsE távolság között volt a Naptól.

20141222_rosetta_ustokoseben_a_d_per_h_arany_1
A 67P magjáról a Rosetta Navigációs Kamerájával (NAVCAM) 2014. november 20-án, 30,8 kilométer távolságból készített felvételen jól láthatók az üstökös egyre erősödő gáz- és porkibocsátási aktivitását jelző porsugarak (jetek) (ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0).

A víz két hidrogénből és egy oxigénből álló elterjedt “könnyű” (H2O) módosulata mellett a nehézvíz változatai is előfordulnak a természetben, amelyekben a két hidrogént a nehézhidrogén (deutérium) helyettesíti  (D2O), illetve a fél-nehézvíz is előfordulhat, amelyben csak az egyik hidrogén helyett van deutérium (HDO). A deutérium (D) a hidrogén (H) egy izotópja, amelynek magjában a proton mellett még egy neutron is van és körülöttük egy elektron. A deutériumnak a hidrogénhez viszonyított tömegaránya megmutatja, hogy a víz a Naprendszer kialakulása idején milyen hőmérsékleten, a Naptól milyen távolságban, milyen régióban, mikor jött létre.

A földi vízkészlet eredetére vonatkozó, máig is nyitott kérdés megválaszolásához közelebb vihetnek a Naprendszer különböző égitestjeiben meghatározott D/H arányok összehasonlítása a földiével. Ennek megfelelően a Rosetta mérései a földi vízkészlet eredetének megértéséhez is közelebb vihetnek.

A ROSINA 50 színképi megfigyeléséből a D/H arányt a HD16O nehézvíz egy formájából (deutérium protium oxid vagy fél-nehézvíz) és a közönséges “könnyű” víz H216O mennyiségének meghatározásából állapították meg. A ROSINA mérései szerint a 67P üstökösben a D/H arányra (6,5±0,7)×10-4 adódott, ami mintegy négyszerese a földi óceánok standard közepes D/H arányának (1,6×10-4).

20141222_rosetta_ustokoseben_a_d_per_h_arany_2
A 67P üstökös magjában a deutérium/hidrogén (D/H) arány meghatározása. A 67P helye a D/H diagramon (fehér színnel jelölve jobbra fent) jelzi, hogy a többi üstököshöz képest benne a D/H aránya nagyobb (ESA/ATG medialab, ESA/Rosetta/NavCam; Data: Altwegg és munkatársai, Science Online, 2014. december 10.)
20141222_rosetta_ustokoseben_a_d_per_h_arany_3
Az üstökösökben és a Naprendszer más égitestjeiben eddig meghatározott D/H arányok összehasonlítása: nagybolygók (kék), kisbolygók (szürke), Oort-felhő üstökösök (bíbor), Jupiter-család üstökösei (rózsaszín), valamint a 67P (sárga) (Altwegg és munkatársai, Science Online, 2014. december 10.).

Az ESA Herschel infravörös űrteleszkópjával történt megfigyelések szerint a Jupiter-családhoz tartozó – így a Kuiper-övből származó 103P/Hartley 2-üstökösben a D/H (1,61±0.24)×10-4, ami a földi óceánok standard közepes D/H arányának felel meg (egyébként a 103P üstököst a NASA EPOXI űrszondája közvetlen közelről is tanulmányozta 2010-ben). Hasonlóan, a Herschel mérései szerint a 45P/Honda-Mrkos-Pajdusakova (az ábránkon 45P/H-M-P) Jupiter-családhoz tartozó üstökösben a D/H arány mintegy 2×10-4 értéknek adódott, ami szintén nagyon közel van a földi óceáni D/H arányhoz. Bizonyos kisbolygókra meghatározott D/H arány is a földiéhez áll közel. Az Oort-felhő üstököseire (2,96±0,25)×10-4 közepes D/H arányt állapítottak meg eddig és a bemutatott ábrán ezek az üstökösök a Jupiter-család üstököseinél nagyobb D/H arányt mutatnak és a 67P üstökösre most a ROSINA méréseiből még ezekénél is nagyobb D/H arány adódott.

20141222_rosetta_ustokoseben_a_d_per_h_arany_4
Az üstökösök két fő forrásvidéke a Naprendszerben: a Kuiper-öv (balra) a Jupiter-család, vagy más elnevezéssel ekliptikai üstökösök eredetének helye, míg az Oort-felhő (jobbra) a dinamikailag új, illetve Halley-típusú közepes, illetve hosszú keringési idejű üstökösök forrásvidéke (kép: ESA).

Összefoglalva: a kisbolygók és a Jupiter-család bizonyos üstököseinek D/H aránya a földiével nagyon jó egyezést mutat, vagyis ezen égitestek egy része hozzájárulhatott a földi vízkészlet kialakulásához. Ezzel szemben a 67P üstökös meglepően nagy D/H aránya azt jelenti, hogy ez az üstökös valószínűleg egészen más régióban keletkezett az ősi Naprendszerben, mint az eddig megfigyelt, Jupiter-családhoz tartozó üstökösök.

Az ekliptikai üstökösök az ún. Kései Heves Bombázási időszakában ütközhettek nagy valószínűséggel a Földdel, amikor több ilyen kis égitest letért eredeti pályájáról és a belső Naprendszer felé vette útját, mintegy 3,8 milliárd évvel ezelőtt. Az Oort-felhő üstökösei valószínűleg nem járultak hozzá számottevő mértékben a földi vízkészlethez, illetve a ROSINA mérései alapján ugyanez mondható el a 67P-ről, valamint a vele egy régióban kialakult többi Jupiter-családi üstökösről is.

A hírrel kapcsolatos tudományos közleményt a Science folyóiratban publikálta (online kiadás) Katherine Altwegg (Berni Egyetem), a ROSINA kutatócsoport vezetője és munkatársai.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás