Головы комет могут быть зелеными, но их хвосты никогда

Время от времени Пояс Койпера и Облако Оорта выбрасывают в нашу сторону галактические снежки, состоящие из льда, пыли и камней: остатки Солнечной системы возрастом 4,6 миллиарда лет.

Эти снежки - или кометы - проходят красочную метаморфозу, пересекая небо, при этом головы многих комет приобретают сияющий зеленый цвет, который становится ярче по мере приближения к Солнцу.

Но, как ни странно, этот зеленый оттенок исчезает до того, как достигает одного или двух хвостов, тянущихся за кометой.

Астрономы, ученые и химики были озадачены этой загадкой почти столетие. В 1930-х годах физик Герхард Герцберг предположил, что это явление связано с тем, что солнечный свет разрушает двухатомный углерод (также известный как дикарбон или C2), химическое вещество, созданное в результате взаимодействия солнечного света с органическим веществом в голове кометы, но поскольку дикарбон нестабилен, эту теорию было трудно проверить.

Новое исследование, проведенное в Сиднее, опубликованное сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), наконец-то нашло способ проверить эту химическую реакцию в лаборатории - и тем самым доказало правильность этой 90-летней теории.

"Мы доказали механизм, с помощью которого диуглерод расщепляется солнечным светом", - говорит Тимоти Шмидт, профессор химии ЮНСО и старший автор исследования.

"Это объясняет, почему зеленая кома - нечеткий слой газа и пыли, окружающий ядро, - сжимается по мере приближения кометы к Солнцу, а также почему хвост кометы не зеленый".

Ключевой игрок в центре этой тайны, дикарбон, обладает высокой реактивной способностью и отвечает за придание многим кометам зеленого цвета. Он состоит из двух атомов углерода, склеенных вместе, и может быть найден только в чрезвычайно энергичных или низкокислородных средах, таких как звезды, кометы и межзвездная среда.

Диуглерода не существует на кометах, пока они не приблизятся к Солнцу. Когда Солнце начинает нагревать комету, органическое вещество, живущее в ледяном ядре, испаряется и переходит в кому. Затем солнечный свет расщепляет эти более крупные органические молекулы, образуя диуглерод.

Команда, возглавляемая UNSW, показала, что по мере того, как комета приближается еще ближе к Солнцу, экстремальное ультрафиолетовое излучение разрушает молекулы дикарбона, которые она недавно создала в процессе, называемом "фотодиссоциацией". Этот процесс разрушает диуглерод до того, как он сможет удалиться далеко от ядра, в результате чего зеленая кома становится ярче и сжимается - и гарантирует, что зеленый оттенок никогда не попадет в хвост.

Это первый раз, когда это химическое взаимодействие было изучено на Земле.

"Я нахожу невероятным, что кто-то в 1930-х годах думал, что это происходит, вплоть до уровня детализации механизма, а 90 лет спустя мы обнаруживаем, что теория верна", - говорит Жасмин Борзовски, ведущий автор исследования.

"Герцберг был невероятным физиком и в 1970-х годах получил Нобелевскую премию по химии. Это довольно захватывающе - иметь возможность доказать одну из вещей, о которых он теоретизировал".

Профессор Шмидт, который изучает дикарбон в течение 15 лет, говорит, что полученные результаты помогают нам лучше понять как дикарбон, так и кометы.

"Диуглерод образуется в результате распада более крупных органических молекул, замороженных в ядре кометы, - таких молекул, которые являются компонентами жизни", - говорит он.

"Понимая его срок службы и процесс разрушения, мы можем лучше понять, сколько органического материала испаряется с комет. Подобные открытия однажды могут помочь нам разгадать другие космические тайны".