Molekuláris nitrogént talált a Rosetta az üstökösénél

360

Kétatomos nitrogént mutattak ki a Rosetta mérései alapján, amiből közvetve kiderült, hogy a 67P/Churyumov-Gerasimenko-üstökös magja az ősi Naprendszer nagyon alacsony hőmérsékletű tartományában jött létre.

Az Európai Űrügynökség (ESA) Rosetta űrszondájával először sikerült detektálni a kétatomos nitrogén molekulát (N2) egy üstökösnél, a 67P/Churyumov-Gerasimenko (röviden 67P) esetében.

Az említett molekula alapvető fontosságú az asztrofizikában, asztrokémiában, a csillagközi anyag, illetve a Naprendszer őstörténetének vizsgálatában. A Naprendszer ősködében ez a leggyakoribb nitrogén vegyület. Például a Föld légkörének legnagyobb részét kétatomos nitrogén gáz (N2) teszi ki: a száraz levegőt kereken 78% térfogatszázalék, illetve közel 75% súlyszázalék arányban. (A teljes földi nitrogénkészlet eredete ma még nyitott kérdés: lehet lemeztektonikai, amelynek következményeként a vulkáni működés hatására a földköpeny szilikátos kőzeteibe zárt nitrogén szabadult ki régen és szabadul fel ma is.) A belső bolygókban nem volt ennyi nitrogén, mert közelebb a Naphoz könnyen elillant kifelé a külső gázóriások, illetve a Naprendszer külső régiói irányába. Emiatt a gázóriások és azok egyes holdjain gyakori a nitrogén előfordulása, mint például a Titánon, de a Pluto jeges felszínén és a Neptunusz Triton holdján is kimutatható.

Hasonló megfontolások alapján a Naptól távol kialakult üstökösmagok és az azokat felépítő üstökösmag-kezdemények (kometezimálok), valamint bolygócsírák (planetezimálok) belsejében atomos nitrogén, illetve nitrogén molekula halmozódott fel. A dolog jelentőségét az adja, hogy a nitrogén az egyik olyan elem, amely bonyolult szerves molekulák alapvetően fontos építőköve.

20150328_rosetta_67p_nitrogen_molekula_kimutatasa_1
A kétatomos nitrogén molekula térbeli modelljének különböző ábrázolásai. Térbeli hely-kitöltési modell (jobbra fent), valamint a kötéseket jelző modellek (lent) (windows2universe.org).

Korábban üstökösökben nitrogént csak vegyületekben mutatták ki, mint például a hidrogéncianid (HCN) és ammónia (NH3) molekulákban. A Rosetta üstökösközeli, hosszú időtartamra tervezett műszeres megfigyelése jó lehetőség jelentett a már nagyon keresett kétatomos nitrogén molekula kimutatására.

20150328_rosetta_67p_nitrogen_molekula_kimutatasa_2
Komplex infografika a Rosetta felfedezéséről (ESA Rosetta ROSINA, ESA Rosetta hírek 2015.03.19.).

A Rosetta-szonda 2014. augusztus 6-tól vizsgálja a 67P magját és annak közvetlen környezetét, a magkörüli gáz- és porkómát. A ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) műszer DFMS (Double Focusing Mass Spectrometer) tömegspektrométerével 2014. október 17-23. között történt egy hosszú mérési sorozat, amely az üstökösmagból kiáramlott gázanyag vizsgálatára irányult. A mérési időszakban a Rosetta mintegy 10 kilométerre volt az üstökösmag középpontjától és az üstökös naptávolsága 3,17 CsE-ről lassan 3,13 CsE-re csökkent.

A mérésekből egyidejűleg kimutatható volt a kétatomos nitrogén molekula (N2) és szénmonoxid molekula (CO). Ez a két molekula közel azonos hőmérsékleten került csapdába az üstökösmag jegeibe: vagy ketrecszerű kristályrács szerkezetében vagy pedig amorf vízjégben maradt bezártan és őrződött meg mostanáig, hogy a 67P jelenlegi napközelsége felé közeledve kiszabaduljon a felszíni jeges anyagból. A molekuláris nitrogén -253 C körüli nagyon alacsony hőmérsékleten tud csak ilyen csapdába kerülni és megőrződni a jeges üstökösanyagban, hasonlóan a Pluto és a Triton jegeihez. Az N2 és CO molekulák gyakorisági arányának meghatározásával az üstökösmag kialakulási helyére jellemző hőmérsékletet lehet behatárolni.

20150328_rosetta_67p_nitrogen_molekula_kimutatasa_3
A ROSINA DFMS gáz-tömegspektrométer, még a földi laboratóriumban (ESA Rosetta ROSINA).

A Rosetta ROSINA méréseket Kathrin Altwegg (Berni Egyetem, Svájc) által vezetett kutatócsoport végzi. A csoport tagja, Martin Rubin által közzétett tudományos közleményben a kétatomos nitrogén és szénmonoxid átlagos gyakoriságára  N2/CO = (5,70 ± 0,66) × 10-3 értéket határozott meg a kutatócsoport. Ez az arány egyébként függ attól is, hogy az üstökösmaghoz képest hol helyezkedett az űrszonda és 1,7 × 10-3 –  1,6 × 10-2 értékek között változott.

A mért érték nagyon alacsony arányt jelez: a Naprendszer kialakulása előtti ősködben mintegy 25-ször több nitrogén volt a szénmonoxidhoz képest. Ez azt jelenti a kutatók szerint, hogy a 67P magja nagyon alacsony hőmérsékleten alakult ki, valahol az ősi Kuiper-öv egy nagyon hideg vidékén, hasonlóan a Pluto vagy a Triton kialakulási hőmérsékletéhez. A Rosetta nitrogén-mérései alátámasztják azt is, hogy a földi nitrogén forrásai nem lehetnek a 67P-hez hasonló égi vándorok.

A Rosetta további vizsgálatai a nitrogén 14-es és 15-ös izotóp arányának meghatározására irányulnak, amelyet a Jupiterben, a napszélben, az üstökösben és a Földön megfigyelhető értékekkel összehasonlítva többet tudunk majd mondani a földi nitrogén eredetéről és finomítani tudjuk a 67P kialakulási körülményeiről alkotott ismereteinket.

20150328_rosetta_67p_nitrogen_molekula_kimutatasa_4
A 67P magjának gáz és porkibocsátási aktivitása egyre növekszik az augusztusi napközelség felé közeledőben (ESA Rosetta NAVCAM).

A fenti eredményeket részletező tudományos közlemény a Science Express online folyóiratban jelent meg 2015. március 19-én.

Források:

Kapcsolódó internetes oldalak:

Hozzászólás

hozzászólás