Кометы могут прилетать из одного и того же места

Данные из далеких солнечных систем помогают исследователям реконструировать зарождение нашей собственной.

Отредактировано 2023-15-06
Космическая фотография

От вознесения души Юлия Цезаря до наступления черной смерти - люди нашли не мало смысла в пролетающих по небу кометах.

Однако лишь совсем недавно астрономы открыли странную истину. В отличие от планет, астероидов и других кусков камней, проносящихся по небу, кометы состоят в основном изо льда с примесью пыли. И эти различные льды - молекулы замороженного угарного газа и метана, а также воды и других соединений - представляют собой редкую запись ранних дней Солнечной системы, когда гладкий диск из химических веществ и пыли обращался вокруг Солнца. С тех пор планеты уничтожили почти все следы первобытного вещества, которое их сформировало, и сегодня оно сохранилось только в виде снежных комков шириной в километры, которые иногда прилетают с орбит за Плутоном.

"Они проводят большую часть своей жизни в глубокой заморозке", - говорит Анита Кокран, астроном из Техасского университета в Остине. "Когда мы изучаем кометы, мы, по сути, смотрим на реликты того времени, когда формировалась Солнечная система".

Теперь исследователи пытаются превратить все, что мы знаем о кометах и ранней Солнечной системе, в связную историю происхождения. В качестве предварительного теста одна группа взяла наблюдения за несколькими кометами и сверила их с предсказаниями о том, какие химические вещества существовали в так называемом "протопланетном диске", который со временем превратился в Солнечную систему. В основе разнообразного выбора из примерно дюжины современных комет, чьи орбиты вокруг Солнца варьируются от менее чем десятилетия до тысяч лет, исследователи обнаружили неожиданную тенденцию.

"Все эти кометы могли образоваться в одном и том же радиальном диапазоне", - говорит Кристиан Эйструп, астроном из Университета Вирджинии, который руководил исследованием в рамках своей докторской диссертации. "Кольцо вокруг диска [Солнечной системы]".

Для раскрытия возможного общего происхождения объектов потребовалось объединить десятилетия наблюдений за кометами с новыми теориями формирования Солнечной системы. С наблюдательной стороны Эйструп прочесал все исследования, вручную собрав каталог химических ионов, которые были замечены в тех или иных кометах. Что касается теории, то он и его коллеги взяли лучшее, что могла предложить зарождающаяся область астрохимии - химии космоса. Мощные телескопы ближнего инфракрасного и инфракрасного диапазонов, такие как ALMA и космический телескоп Спитцер, помогли составить карту конкретных молекул в развивающихся планетарных дисках вокруг других звезд. А наземные лаборатории, стремящиеся имитировать условия космоса, заполняют пробелы в объяснении танца, в результате которого частицы объединяются в лед и пыль, а затем в гальку и планеты.

Одной из таких теорий, например, является идея о том, что Солнечная система выросла из атомных, а не молекулярных семян. Эйструп объясняет, что начальные частицы могли произойти из молекул льда, которые летают между звездами, но его общая кометная модель работает только в том случае, если предположить, что они начались из атомов: кусочков межзвездного льда, разорванных ранними взрывами молодого Солнца.

Проведя компьютерное моделирование, Эйструп проверил, как предполагаемое распределение метана, углекислого газа и других молекул в протопланетном диске могло привести к такому количеству химических веществ, которое наблюдалось в его пучке комет. Он обнаружил, что один диапазон условий лучше всего соответствует наблюдаемому изобилию: все 14 комет, вероятно, сформировались при температуре от 21 до 28 градусов Кельвина (от минус 422 до минус 409 градусов по Фаренгейту), что соответствует относительно узкой полосе в пространстве, которая перемещалась наружу от Солнца по мере остывания Солнечной системы. Оттуда будущие газовые гиганты, такие как Юпитер, могли бы вышвырнуть большинство из них из Солнечной системы и дать остаткам длинные, петляющие орбиты, которые они имеют сегодня. Результаты исследования будут опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Другие исследователи заинтригованы, но не решаются объявить случай образования комет расколотым. "Я не могу сказать, прав ли [его результат] или нет, - говорит Кокран, который не участвовал в исследовании, - но это правильная концепция - взглянуть на кометы и посмотреть, где, по нашему мнению, они образовались".

Она хотела бы, чтобы Эйструп расширил свою выборку, чтобы охватить более широкий спектр комет, например, те, которые имеют еще более длинные орбиты, и те, которые разваливаются на части. В частности, она выделяет недавно обнаруженную "странную" комету как ту, которая может разрушить его модель. Эйструп, со своей стороны, считает, что его модель переживет новый выброс, но в остальном согласен с критикой. "На свете существуют миллиарды комет", - говорит он. "Четырнадцать из них - не такая уж большая выборка".

Незнание точного состава каждой кометы - еще одно слабое место. Чем больше соединений известно о составе кометы, тем точнее моделирование может определить ее формирование, говорит Эйструп. Это позволяет лучше понять такие хорошо изученные объекты, как комета Галлея и 67P, на которой находился европейский космический корабль "Розетта", но более сложные ответы на вопросы о менее известных ледяных шарах.

Чтобы действительно укрепить компьютерное моделирование, кометное сообщество мечтает собрать образец и вернуть его на Землю, как это сделала японская миссия Hayabusa с астероидной пылью. Тогда исследователи смогут проверить точный состав кометы по своим измерениям. Пока же исследователям придется довольствоваться постепенным процессом угадывания и проверки, который происходит между строителями моделей и астрономами. "Постепенно они накопят информацию о том, что работает и не работает, - говорит Кокран, - а тем временем те из нас, кто является наблюдателями, будут находить кометы, которые опровергают их мнение".