Rosetta na kometu odkrila »najbolj iskano molekulo«

Zdaj že znamenito plovilo Evropske vesoljske agencije Rosetta, ki se je po izstrelitvi marca 2004 in šestih milijardah prepotovanih kilometrov po vesoljskih prostranstvih avgusta lani utirilo v orbito kometa 67P/Čurjumov-Gerasimenko in odtlej zvesto spremlja pot tega nebesnega telesa, je poskrbelo za novo presenečenje: v »atmosferi« kometa je odkrilo velike količine molekularnega kisika – in porodilo nova vprašanja o dejanskem nastanku našega osončja.

Meritve, ki jih je v času od septembra lani do marca letos opravila Rosetta, namreč razkrivajo, da so molekule kisika v plinskem repu kometa 67P – tako imenovani komi – stare že toliko kot sam komet, morda pa so celo starejše od njega. Tako je vsaj prepričana dr. Kathrin Altwegg z Univerze v Bernu, vodja raziskovalne skupine, ki proučuje meritve instrumenta Rosina (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis); ta preverja sestavo atmosfere in ionosfere kometa, hitrost električno nabitih plinskih delcev in reakcije, v katerih ti sodelujejo.

In Rosetta je poleg kisika odkrila pravo obilje plinov, ki uhajajo iz kometovega jedra. Največ je vodne pare, sledijo ogljikov monoksid, ogljikov dioksid in kisik – pa še množica drugih ogljikovih, dušikovih in žveplovih vrst.

Kisik je sicer tretji najpogostejši element v vesolju, vendar je njegovo najpreprostejšo molekularno različico (O2) zelo težko »ujeti«, ker je pač zelo reaktiven – hitro razpade in se poveže z drugimi atomi in molekulami. Ko se, denimo, atomi kisika zvežejo z atomi vodika na mrzlih prašnih delcih, nastane voda; prosti kisik, ki iz molekule O2 nastane pod vplivom ultravijoličnega sevanja, pa se lahko poveže z molekulami O2 in ustvari ozon (O3).

Toda dejstvo je, da molekularnega kisika – torej vrste, kakršno dihamo na Zemlji – na kometu doslej še niso odkrili. Resda so ga zaznali na ledenih lunah Jupitra in Saturna, na seznamu neobstojnih vrst, kakršne povezujejo s kometi, pa ga doslej ni bilo.

»Vsekakor na kometu 67P nismo pričakovali molekularnega kisika, in to v tolikšnem obilju!« poudarja dr. Altwegg. Presenetljivo odkritje po splošnem prepričanju pomeni, da je kisik, ki ga je v kometovi atmosferi zaznala Rosetta, očitno vgrajen v sam komet 67P, in to že iz časov njegovega nastajanja. Takšnega scenarija pa s sedanjimi modeli nastanka Sončevega sistema ni mogoče prav zlahka pojasniti.

Podrobna analiza

Delovna skupina Altweggove je analizirala več kot 3000 vzorcev, zbranih iz okolice kometa med septembrom 2014 in marcem letos. In izmerjene vrednosti molekularnega kisika so ostale na visoki ravni celo takrat, ko je s kometa med njegovim približevanjem Soncu sikajoče izpuhtelo v vesolje nekaj centimetrov njegovega površja. Ta ugotovitev torej izključuje kemijsko reakcijo med ledom in svetlobo Sonca, ki se zgodi le na kometovem najbolj zunanjem površju, pozneje pa količina molekularnega kisika upade.

Poleg tega so se ravni molekularnega kisika v razmerju do količine vode med Rosettinim obletom kometa spreminjale – od enega do desetih odstotkov; to dejstvo pa navaja k sklepu, da tako led kot kisik v atmosferi kometa 67P izvirata iz njegovega jedra. Kdaj se je torej kisik prvič pojavil v Osončju?

»Ta skrivnost sega v samo bistvo vprašanja, ali je prva primitivna snov Sončevega sistema nastala v medzvezdnem mediju ali morda pozneje v solarni meglenici,« je prepričan dr. Klaus Pontoppidan z Znanstvenega inštituta za vesoljske teleskope v Marylandu. Astronomi namreč že dolgo iščejo kisik v medzvezdnih oblakih, kjer naj bi se bilo rodilo naše Osončje, a brez uspeha. Od kod torej molekularni kisik na kometu 67P?

Kakor je za agencijo AFP povedal dr. Andre Bieler z Univerze v Michiganu, ima njegova raziskovalna skupina o tem dve teoriji. Po prvi medzvezdni oblaki vsebujejo težko zaznaven kisikov plin, ki se je med sesedanjem oblaka ujel v nastajajoči disk, nato pa je zmrznil in obtičal v drobnih zrncih ledu. Še verjetnejša pa se mu zdi druga možnost – da je molekularni kisik kemijsko nastal pozneje, in sicer znotraj ledenih zrnc, v katerih je nato ostal ujet celo večnost.

Obe teoriji temeljita na domnevi, da se zrnca ledu med dolgim procesom, ko se združujejo v kamenčke, skale in nazadnje v velik komet, nikdar niti pretirano ne segrejejo niti niso izpostavljena zelo velikim pritiskom. To pa seveda navaja k sklepu, da »rast« kometa ni bila silovita, ampak razmeroma blaga.

Nenavadna oblika kometa

Takšni teoriji v prid govorijo tudi najnovejši modeli nastajanja in končnega nastanka tokratnega objekta proučevanja. Komet 67P/Čurjumov-Gerasimenko se je očitno rodil v obliki dveh ločenih teles, ki sta se šele pozneje združili v sedanjo nenavadno obliko »gumijaste račke«. Znanstveniki o tem razpravljajo že več kot leto dni, delovna skupina profesorja Mattea Massironija z Univerze v Padovi pa je na temelju podatkov, ki jih je med avgustom 2014 in letošnjim marcem prav tako zbrala zanesljiva Rosetta, prišla do prepričljivega odgovora; objavili so ga v reviji Nature.

Člani te raziskovalne skupine so namreč izključili možnost, da se je od prvotne kompaktnejše gmote odkrušil večji kos in je nastal »vrat« sedanje »račke«. Po njihovih ugotovitvah je komet nastal iz dveh podobnih okroglastih gmot, »vrat« pa je le najtanjši predel, kjer sta gmoti trčili in se nazadnje spojili v enoten objekt.

»Iz proučenih posnetkov je razvidno, da imata obe obli zunanjo ovojnico organizirano v jasno razvidne plasti, ki se najverjetneje nadaljujejo več sto metrov pod površje,« je za agencijo Reuters povedal profesor Massironi. Takšno zgradbo si je mogoče predstavljati tudi kot plasti čebule, »le da imamo v primeru kometa 67P opravka z dvema čebulama, ki sta rasli neodvisno druga od druge, dokler nekoč v preteklosti nista trčili in se združili v enotno telo«. Po predvidevanjih astrofizikov se je to zgodilo kmalu po rojstvu Sončevega sistema.

Trdoživi kisik

A vrnimo se k novoodkritemu molekularnemu kisiku, ki po vsem sodeč uhaja iz kometovega jedra. Številne teorije o nastanku planetov in kometov okoli Sonca temeljijo na domnevi, da je bilo tovrstno rojevanje silovito in da se je pri tem sprostilo veliko energije, ki je segrela zamrznjeni kisik – in ta je nato reagiral z drugimi kemijskimi elementi. Po najnovejšem odkritju velikih količin molekularnega kisika v atmosferi kometa 67P pa postaja jasno, da je bilo rojevanje planetov in kometov v našem osončju precej bolj umirjeno.

»Če je bil molekularni kisik navzoč že na začetku nastajanja kometa, je seveda glavno vprašanje, kako je lahko v tej obliki zdržal toliko časa,« razmišlja dr. Bieler. »Po prevladujočih modelih se kisik v obliki O2 kratko malo ne bi mogel tako dolgo ohraniti, odkritje velikih količin molekularnega kisika pa nam pripoveduje drugačno zgodbo o nastajanju Sončevega sistema, kakršne smo se doslej oklepali.«

Skratka, rojevanje našega osončja je bilo očitno dokaj umirjeno, če so v tem procesu lahko nastala drobcena zrnca ledu, ki so do dandanes ohranila presenetljivo prvobitno obliko. In po prepričanju znanstvenikov je to dokaz, da so ti ključni delci kometa 67P/Čurjumov-Gerasimenko dejansko neokrnjeno, v tako rekoč prvobitni obliki preživeli rojstvo Osončja.

Vsekakor najnovejši podatki kažejo na to, da je navzočnost vode na kometih prej pravilo kakor izjema. Pa tudi molekularni kisik ter ogljikov oksid in ogljikov dioksid sami po sebi ne povedo veliko o začetkih življenja – niti na Zemlji niti drugod v vesolju. Navsezadnje je že podrobnejše proučevanje zunajosončnih planetov pokazalo, da kombinacija O2 in metana ni nujno znamenje življenja na njih, poudarjajo znanstveniki. Na kometu 67P sta prisotna oba, življenja pa na njem kljub temu ni. Zato tudi sama navzočnost molekularnega kisika ni zanesljivo znamenje o biološkem podpisu.

Jasno je le to, da vzdržljiva Rosetta z vztrajnim kroženjem okoli kometa 67P opravlja pionirsko vlogo pri iskanju odgovorov na najbolj temeljna vprašanja o izvoru Osončja in nastanku nas samih.