Entdeckung von molekularem Sauerstoff im Schweif von Kometen überdenken die Entstehung des Sonnensystems

aus Das Gespräch

— dieser Beitrag verfasst von Christian Schröder, University of Stirling

Wissenschaftler haben zum ersten Mal molekularen Sauerstoff (O2) in der Koma eines Kometen entdeckt, der Gaswolke, die ihn umgibt, wenn er sich der Sonne nähert. Die Entdeckung, die unser Verständnis der Entstehung des Sonnensystems in Frage stellt, wurde von der Europäischen Weltraumorganisation Raumsonde Rosetta kreisender Komet 67P / Churyumov-Gerasimenko .

Die Ergebnisse, veröffentlicht Natur, kam für die Forscher völlig überraschend.

Den Ursprung von O2 . auf der Spur

Sauerstoff ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente in unserer Galaxie und unserem Sonnensystem, und wir nehmen den freien molekularen Sauerstoff, aus dem es besteht 20% unserer Atmosphäre selbstverständlich mit jedem Atemzug. Warum ist es so wichtig, Sauerstoff in einem Kometen zu finden? Sauerstoff verbindet sich leicht mit anderen häufig vorkommenden Elementen wie Wasserstoff (H) oder Kohlenstoff ( C ), um Wasser (H2O) oder Kohlendioxid (CO2) zu bilden.

Es braucht etwas Energie, um diese Moleküle wieder in ihre Bestandteile zu zerlegen, um freien Sauerstoff zu produzieren. Der hohe Gehalt an freiem Sauerstoff in unserer Atmosphäre bleibt nur bestehen, weil er durch die Photosyntheseaktivität der Pflanzenwelt auf der Erde ständig ergänzt wird. Unsere Atmosphäre ist tatsächlich so seltsam, dass, wenn eine ähnlich sauerstoffreiche Atmosphäre um einen Planeten gefunden würde, der einen anderen Stern als die Sonne umkreist, die wahrscheinlichste Erklärung tatsächlich Leben wäre. Aber das Leben hat nichts mit dem Sauerstoff auf 67P zu tun. Obwohl der Komet einige der Bausteine ​​fürs Leben, es bietet nicht die Voraussetzungen für deren Montage.

Komet ISON mit Koma. Hat es auch molekularen Sauerstoff? NASA/Flickr, CC BY-SA

Wir wissen, dass Wasser, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid die dominante Gase in den Kometen von Kometen. Die Autoren der Studie schließen daher zunächst aus, dass der Sauerstoff aus der Raumsonde stammt oder durch Reaktionen mit dem Triebwerkstreibstoff erzeugt wurde. Andere Erklärungen sind chemische Reaktionen oder Wechselwirkungen mit Strahlung, zum Beispiel UV-Licht, die diese Moleküle ebenfalls spalten könnten, um freien Sauerstoff zu produzieren.

Kleine Mengen an Sauerstoff, die auf anderen Eiskörpern beobachtet wurden – wie z Jupiters Monde – Europa, Ganymed und Callisto – sowie Saturnringe entstehen durch die Spaltung von Wasser- oder CO2-Molekülen durch UV-Licht (Photolyse) oder energiereichere Strahlung (Radiolyse). Die Forscher maßen jedoch eine konstante Freisetzung von Sauerstoff, als sich 67P der Sonne näherte, was darauf hindeutet, dass Sauerstoff gleichmäßig über den eisigen Kern verteilt ist und nicht das Ergebnis von Photolyse oder Radiolyse seit der Entstehung des Kometen.

Die Kometen in unserem Sonnensystem bestehen aus dem Material, das bei der Entstehung der Planeten übrig geblieben ist. Das heißt, wir müssen in die Zeit zurückgehen, als das Sonnensystem aus a Sonnennebel oder protoplanetare Scheibe um zu verstehen, wie es dorthin gekommen ist. Die Tatsache, dass ein Komet während seines Wachstums Sauerstoff aufnehmen kann, indem er kleine Eis- und Staubkörner ansammelt, ist eine Sache, aber ihn bis heute zu erhalten, eine andere. Die Tatsache, dass es immer noch da ist, verstärkt die Vorstellung, dass Kometen tatsächlich die unberührtesten und am wenigsten veränderten Überreste der Entstehung unseres Sonnensystems vor 4.5 Milliarden Jahren sind.

Aber wenn 67P Sauerstoff in seinem Schweif hat, haben wir ihn dann doch bei anderen Messungen und auf anderen Kometen gesehen? Leider ist es schwierig, Sauerstoff aus Beobachtungen von Kometen mit Teleskopen nachzuweisen. Stattdessen sind Wissenschaftler jetzt damit beschäftigt, die Daten eines anderen erneut zu untersuchen enge Begegnung mit einem Kometen, Halley, vor fast 30 Jahren.

Einblick in die Geburt des Sonnensystems

Derzeit gibt es jedoch keinen Grund anzunehmen, dass der Sauerstoff in 67P eine einmalige Beobachtung ist. Was sagt uns die Anwesenheit von freiem Sauerstoff über die Bedingungen im Sonnennebel oder in der protoplanetaren Scheibe, von denen angenommen wird, dass sie unser Sonnensystem geboren haben?

Freier Sauerstoff wird selten in interstellaren Nebeln oder Wolken beobachtet, daher würden wir ihn bei der Entstehung unseres Sonnensystems nicht erwarten. Aber es gibt Ausnahmen, und eine davon könnte der Schlüssel zum Verständnis der Vorgänge sein. Die Wolke Ophiuchi hat eine etwas höhere Temperatur, 20-30 Kelvin (-253°C bis -243°C), als die durchschnittliche Temperatur interstellarer Wolken von etwa 10 Kelvin (-263 °C). Die Menge an Sauerstoff relativ zu Wasser in dieser „warmen“ Wolke ist vergleichbar mit der im Koma von 67P beobachteten. Leicht erhöhte Temperaturen würden es Sauerstoff ermöglichen, leichter zu sublimieren (zu Gas zu werden, ohne zuerst zu Flüssigkeit zu werden), anstatt auf der Oberfläche von kaltem Eis und Staubkörnern zu kondensieren (aus Gas zu werden), wo er mit Wasserstoff reagieren würde, um Wasser zu bilden.

Das heißt, unser Sonnensystem könnte sich aus einer ungewöhnlich warmen Wolke gebildet haben, was die Frage aufwirft, was diese Temperaturerhöhung verursacht haben könnte.

Die Autoren der Studie erforschen auch andere kompliziertere Wege der Sauerstoffbildung und deren Einbau in einen Kometen. Das Einfangen von O2-Gas in Wassereiskörnern würde schnelle Erwärmungs- und Abkühlungsvorgänge erfordern. Die Radiolyse von eisigen Körnern in einem Nebel hingegen würde erfordern, dass diese Körner unverändert zu einem Kometen zusammengefügt werden, was bedeutet, dass wir keine großen Schocks durch Kollisionen von Körnern oder anderen potentiellen Wärmequellen erwarten sollten.

Hoffentlich könnten uns weitere Studien helfen, die Abfolge von Ereignissen zu ermitteln, die in den frühesten Stadien der Entstehung des Sonnensystems auftraten. Rosettas Untersuchung des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko bleibt spannend, weil sie uns ein Fenster in die Vergangenheit in eine Zeit vor der Entstehung der Planeten öffnet. Wir dürfen uns auf die nächsten Überraschungen freuen, die dieser Komet für uns bereithält.

Christian Schröder, Dozent für Umweltwissenschaften und Planetenforschung, University of Stirling

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