اكتشاف الأكسجين الجزيئي في قوى ذيل المذنب يعيد التفكير في كيفية تشكل النظام الشمسي

تبدأ من المحادثة

- هذه الوظيفة بقلم كريستيان شرودر, جامعة ستيرلينغ

اكتشف العلماء لأول مرة الأكسجين الجزيئي (O2) في غيبوبة المذنب ، وهي سحابة الغاز المحيطة به عندما يتحرك بالقرب من الشمس. هذا الاكتشاف ، الذي يتحدى فهمنا لكيفية تشكل النظام الشمسي ، تم من قبل وكالة الفضاء الأوروبية المركبة الفضائية روزيتا يدور حول المذنب 67P / تشوريوموف-جيراسيمنكو .

الموجودات، نشرت في طبيعة، كان بمثابة مفاجأة كاملة للباحثين.

تتبع أصل O2

يعد الأكسجين أحد أكثر العناصر وفرة في مجرتنا ونظامنا الشمسي ، ونحن نأخذ الأكسجين الجزيئي الحر الذي يتكون منه 20٪ من غلافنا الجوي مع كل نفس. فلماذا يعتبر العثور على الأكسجين في مذنب أمرًا بالغ الأهمية؟ يرتبط الأكسجين بسهولة بالعناصر الوفيرة الأخرى مثل الهيدروجين (H) أو الكربون (C) لتكوين الماء (H2O) أو ثاني أكسيد الكربون (CO2).

يتطلب الأمر بعض الطاقة لتقسيم هذه الجزيئات إلى مكوناتها مرة أخرى لإنتاج الأكسجين الحر. تستمر المستويات العالية من الأكسجين الحر في غلافنا الجوي فقط لأنها تتجدد باستمرار من خلال نشاط التمثيل الضوئي للحياة النباتية على الأرض. غلافنا الجوي هو في الواقع أمر غريب لدرجة أنه إذا تم العثور على جو مشابه غني بالأكسجين حول كوكب يدور حول نجم غير الشمس ، فإن التفسير الأكثر ترجيحًا سيكون في الواقع الحياة. لكن الحياة لا علاقة لها بالأكسجين الموجود في 67P. على الرغم من أن المذنب يحتوي على بعض من اللبنات الأساسية للحياةفهي لا توفر الشروط لتجميعها.

المذنب ISON مع غيبوبة. هل يحتوي أيضًا على أكسجين جزيئي؟ ناسا / فليكر, CC BY-SA

نحن نعلم أن الماء وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون هي الغازات السائدة في غيبوبة المذنبات. لذلك يستبعد مؤلفو الدراسة أولاً وقبل كل شيء احتمال أن الأكسجين جاء من المركبة الفضائية أو تم إنتاجه من خلال تفاعلات مع الدافع الدافع. تشمل التفسيرات الأخرى التفاعلات الكيميائية أو التفاعلات مع الإشعاع ، على سبيل المثال ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، والتي يمكن أن تؤدي أيضًا إلى تقسيم هذه الجزيئات لإنتاج الأكسجين الحر.

لوحظ وجود كميات صغيرة من الأكسجين على أجسام جليدية أخرى - مثل أقمار المشتري - يوروبا ، جانيميد ، وكاليستو - بالإضافة إلى حلقات زحل ، يتم إنتاجها من خلال تقسيم الماء أو جزيئات ثاني أكسيد الكربون بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية (التحلل الضوئي) أو إشعاع طاقة أعلى (التحلل الإشعاعي). ومع ذلك ، قاس الباحثون إطلاقًا ثابتًا للأكسجين مع اقتراب 67P من الشمس ، مما يشير إلى أن الأكسجين موزع بالتساوي في جميع أنحاء النواة الجليدية وليس نتيجة التحلل الضوئي أو التحلل الإشعاعي منذ تشكل المذنب.

تتكون المذنبات في نظامنا الشمسي من المواد المتبقية من تكوين الكواكب. هذا يعني أننا يجب أن نعود إلى الوقت الذي تشكل فيه النظام الشمسي من a السديم الشمسي أو قرص الكواكب الأولية لفهم كيف وصلت إلى هناك. حقيقة أن المذنب يمكن أن يدمج الأكسجين أثناء نموه عن طريق تراكم الجليد وحبيبات الغبار الصغيرة شيء ، لكن الحفاظ عليه حتى يومنا هذا شيء آخر. حقيقة أنها لا تزال موجودة تعزز فكرة أن المذنبات هي بالفعل البقايا الأكثر نقاءً والأقل تغيرًا من تكوين نظامنا الشمسي قبل 4.5 مليار سنة.

لكن إذا كان 67P يحتوي على أكسجين في ذيله ، فمن المؤكد أننا رأيناه في قياسات أخرى وعلى مذنبات أخرى؟ لسوء الحظ ، من الصعب اكتشاف الأكسجين من رصد المذنبات باستخدام التلسكوبات. بدلاً من ذلك ، ينشغل العلماء الآن بإعادة فحص بيانات شخص آخر لقاء وثيق مع مذنب، هالي ، منذ ما يقرب من 30 عامًا.

لمحة عن ولادة النظام الشمسي

لكن في الوقت الحالي ، لا يوجد سبب لافتراض أن الأكسجين في 67P هو ملاحظة لمرة واحدة. إذن ، ما الذي يخبرنا به وجود الأكسجين الحر عن الظروف في السديم الشمسي أو قرص الكواكب الأولي الذي يُعتقد أنه ولد نظامنا الشمسي؟

نادرًا ما يُلاحظ الأكسجين الحر في السدم أو الغيوم بين النجوم ، لذلك لا نتوقع وجوده عندما تشكل نظامنا الشمسي. لكن هناك استثناءات ، ويمكن لأحدهم أن يحمل مفتاح فهم ما يجري. الغيمة ρ حواء لديها درجة حرارة أعلى قليلاً ، 20-30 كلفن (-253 درجة مئوية إلى -243 درجة مئوية) ، من متوسط ​​درجة حرارة السحب بين النجوم التي تبلغ حوالي 10 كلفن (-263 درجة مئوية). كمية الأكسجين بالنسبة للماء في هذه السحابة "الدافئة" يمكن مقارنتها بتلك التي لوحظت في غيبوبة 67P. تسمح درجات الحرارة المرتفعة قليلاً للأكسجين بالتسامي (يتحول إلى غاز دون أن يتحول أولاً إلى سائل) بسهولة أكبر بدلاً من التكثيف (التحول إلى سائل من الغاز) على سطح الجليد البارد وحبيبات الغبار حيث يتفاعل مع الهيدروجين لتكوين الماء.

هذا يعني أن نظامنا الشمسي ربما يكون قد تشكل من سحابة دافئة بشكل غير عادي ، مما يثير التساؤل حول السبب المحتمل وراء ارتفاع درجة الحرارة هذه.

يستكشف مؤلفو الدراسة أيضًا طرقًا أخرى أكثر تعقيدًا لتكوين الأكسجين ودمجه في مذنب. سيتطلب احتجاز غاز O2 داخل حبيبات الجليد المائي أحداث تسخين وتبريد سريعة. من ناحية أخرى ، يتطلب التحليل الإشعاعي للحبيبات الجليدية في السديم تجميع هذه الحبيبات في مذنب بطريقة غير متغيرة ، مما يعني أننا لا ينبغي أن نتوقع الكثير من الصدمات من تصادم الحبوب أو مصادر الحرارة المحتملة الأخرى.

نأمل أن تساعدنا المزيد من الدراسات في تحديد تسلسل الأحداث التي حدثت في المراحل الأولى من تكوين النظام الشمسي. لا يزال تحقيق Rosetta للمذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko مثيرًا لأنه يوفر لنا نافذة على الماضي إلى وقت ما قبل تكوين الكواكب. يمكننا أن نتطلع إلى المفاجآت التالية التي يخبئها هذا المذنب لنا.

كريستيان شرودر، محاضر في علوم البيئة واستكشاف الكواكب، جامعة ستيرلينغ

تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.