مطالعه جدید نشان می‌دهد که اکسیژن فراوان دنباله‌دار 67P بیشتر یک توهم است!!

دنباله‌دار 67P/Churyumov-Gerasimenko توسط فضاپیمای روزتا آژانس فضایی اروپا در مارس 2015 مشاهده شد. دنباله‌دار 67P اولین دنباله‌داری بود که تا به حال اکسیژن مولکولی منتشر می‌کرد، مولکولی که به ندرت در سراسر کیهان یافت می‌شود زیرا واکنش‌پذیری شیمیایی و دشواری در تشخیص آن وجود دارد. . اعتبار: ESA/Rosetta/NAVCAM

هنگامی که فضاپیمای روزتا متعلق به آژانس فضایی اروپا در سال 2015 اکسیژن مولکولی فراوانی را کشف کرد که از دنباله‌دار 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P) منتشر می‌شد، دانشمندان را متحیر کرد. آنها هرگز ندیده بودند که یک دنباله‌دار اکسیژن منتشر کند، چه برسد به این فراوانی باشد. اما نگران‌کننده‌ترین چیز پیامدهای عمیق‌تر آن بود: اینکه محققان باید اکسیژن زیادی را در نظر می‌گرفتند که به معنای بازنگری همه چیزهایی بود که فکر می‌کردند قبلاً در مورد شیمی اولیه منظومه شمسی و نحوه شکل‌گیری آن می‌دانستند.

با این حال، یک تحلیل جدید که توسط دانشمند سیاره‌شناسی آدرین لوسپای-کوتی در آزمایشگاه فیزیک کاربردی جانز هاپکینز (APL) در لورل، مریلند انجام شد، نشان می‌دهد که کشف روزتا ممکن است آنقدرها هم عجیب نباشد که دانشمندان در ابتدا تصور می‌کردند. در عوض، این امر نشان می‌دهد که دنباله‌دار دارای دو مخزن داخلی است که به نظر می‌رسد اکسیژن بیشتری نسبت به واقعی وجود دارد.

لوسپای کوتی گفت: «این نوعی توهم است. در واقعیت، این دنباله‌دار از این فراوانی اکسیژن برخوردار نیست، اما اکسیژن انباشته‌ای دارد که در لایه‌های بالایی دنباله‌دار به دام می‌افتد و سپس به یکباره آزاد می‌شود.»

در حالی که این روند در زمین رایج است، اکسیژن مولکولی (دو اتم اکسیژن که دو اتم به یکدیگر متصل هستند) در سراسر جهان به طور قابل توجهی غیرمعمول است. به سرعت به اتم‌ها و مولکول‌های دیگر، به‌ویژه اتم‌های هیدروژن و کربن متصل می‌شود که در سطح جهانی فراوان هستند، بنابراین اکسیژن تنها در مقادیر کم در چند ابر مولکولی ظاهر می‌شود. این واقعیت باعث شد بسیاری از محققان به این نتیجه برسند که هر گونه اکسیژن در سحابی پیش‌خورشیدی که منظومه شمسی ما را تشکیل می‌دهد، احتمالاً به طور مشابه جذب شده است.

روزتا اکسیژنی را یافت که از دنباله‌دار 67P منتشر می‌شود. هیچ کس قبلاً اکسیژن را در یک دنباله‌دار ندیده بود و به عنوان چهارمین مولکول فراوان در کمای درخشان دنباله‌دار (پس از آب، دی‌اکسیدکربن و مونوکسید کربن)، نیاز به توضیحی داشت. به نظر می‌رسید که اکسیژن با آب از دنباله‌دار بیرون می‌آید و باعث شد بسیاری از محققان مشکوک شوند که اکسیژن یا ازلی است – به این معنی که در بدو تولد منظومه شمسی پس از تشکیل دنباله دار با آب گره خورده و زمانی که بعداً شکل گرفت در دنباله‌دار جمع شد – یا از آب تشکیل شد.

اما لوسپای کوتی و تیمش شک داشتند. همانطور که شکل دمبل دنباله‌دار به تدریج می‌چرخد، هر نیمکره در نقاط مختلف رو به خورشید است، به این معنی که دنباله دار دارای فصول است، بنابراین اتصال اکسیژن و آب ممکن است همیشه وجود نداشته باشد. در بازه‌های زمانی کوتاه، مواد فرار به‌طور بالقوه می‌توانند با ذوب شدن و یخ زدن مجدد با فصول فعال یا غیرفعال شوند.

این تصویر آزاد شدن اکسیژن مولکولی و سایر مولکولهای فرار از دو مخزن درون دنباله‌دار 67P را به تصویر می‌کشد. دو قسمت داخلی مخزن عمیقی از دی‌اکسیدکربن، مونوکسیدکربن و اکسیژن مولکولی (نقاط کرم رنگ) را نشان می‌دهند که به طور مداوم محتویات خود را از دنباله‌دار 67P آزاد می‌کند. نقاط آبی اکسیژن مولکولی هستند که در حین حرکت از مخزن عمیق به سمت سطح (با برچسب H2O-O2 به رنگ آبی) در یخ آب به دام افتاده‌اند و مخزن کم عمق‌تری را تشکیل می‌دهند که تنها زمانی محتویات خود را آزاد می‌کند که سطح گرم شود و دنباله‌دار به اندازه کافی گرم شود. نزدیک به خورشید خطوط جلوتر از دنباله‌دار (هر دو سمت راست پایین و بالا به چپ) دوره‌هایی هستند که مطالعه جدید مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. تغییر از آبی به کرم در خط بعد از اعتدال پس از حضیض زمانی است که تیم تحقیقاتی دریافتند اکسیژن مولکولی ساطع شده ربطی به آب ندارد و با مونوکسید کربن و دی‌اکسید‌کربن همبستگی دارد. اعتبار: جانز هاپکینز APL/Jon Emmerich

این تیم با بهره‌گیری از این فصول، داده‌های مولکولی را در دوره‌های کوتاه و بلندمدت درست قبل از ورود نیمکره جنوبی دنباله‌دار به تابستان و سپس دوباره درست در پایان تابستان آن بررسی کردند. تیم دریافتند که با دور شدن نیمکره جنوبی و دور شدن کافی از خورشید، ارتباط بین اکسیژن و آب از بین رفت. مقدار آبی که از دنباله‌دار خارج می‌شد به شدت کاهش یافت، بنابراین به نظر می‌رسید اکسیژن به شدت با دی‌اکسید کربن و مونوکسید کربن مرتبط است که دنباله‌دار هنوز در حال انتشار آن بود.

این تیم در عوض پیشنهاد کرد که منشا اکسیژن دنباله‌دار از آب نمی‌باشد، بلکه از دو منبع ناشی می‌شود: یکی از اکسیژن، مونوکسید کربن و دی اکسیدکربن در اعماق هسته سنگی دنباله دار ساخته شده است و یک منبع کم‌عمق‌تر به سطح که در آن اکسیژن به طور شیمیایی با مولکول‌های یخ آب ترکیب می‌شود.

این ایده به این صورت است: یک مخزن عمیق از اکسیژن، مونوکسید کربن و یخ دی‌اکسیدکربن دائماً گازهایی منتشر می‌کند زیرا اکسیژن، دی‌اکسید کربن و مونوکسید کربن همگی در دماهای بسیار پایین تبخیر می‌شوند. با این حال، همانطور که اکسیژن از داخل دنباله‌دار به سمت سطح عبور می‌کند، مقداری از آن به طور شیمیایی وارد یخ آب (یکی از اجزای اصلی هسته دنباله‌دار) می‌شود تا مخزن اکسیژن کم عمق‌تری را تشکیل دهد. اما یخ آب در دمایی بسیار بالاتر از اکسیژن تبخیر می‌شود، بنابراین اکسیژن تا زمانی در اینجا گیر می‌کند که خورشید به اندازه کافی سطح را گرم کند و یخ آب را تبخیر کند.

نتیجه این است که اکسیژن می‌تواند برای دوره‌های طولانی در این مخزن کم عمق جمع شود تا زمانی که سطح دنباله‌دار در نهایت به اندازه کافی گرم شود تا یخ آب تبخیر شود و ستونی از اکسیژن به مراتب غنی‌تر از آنچه آزاد کند که در دنباله دار وجود داشت.

لوسپی ـ کوتی توضیح داد: به عبارت دیگر، فراوانی اکسیژن اندازه‌گیری شده در کمای دنباله‌دار لزوماً منعکس‌کننده فراوانی آن در هسته دنباله‌دار نیست.

در نتیجه، دنباله‌دار همچنین با فصول بین ارتباط شدید با آب (زمانی که خورشید سطح را گرم می‌کند) و ارتباط شدید با دی‌اکسید کربن و مونوکسید کربن (زمانی که سطح آن از خورشید دور باشد و دنباله‌دار به اندازه کافی دور باشد) در نوسان است – دقیقاً همان چیزی که روزتا مشاهده کرد.

تصویر هنری از فضاپیمای روزتا آژانس فضایی اروپا که به هدف خود، دنباله‌دار 67P/Churyumov-Gerasimenko نزدیک می‌شود. اعتبار: ESA/Rosetta/NAVCAM

اولیویر موسیس، دانشمند سیاره‌شناسی از دانشگاه اکس مارسی فرانسه و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: «این [تنها] توضیح است، زیرا امکان دیگری وجود ندارد». “اگر اکسیژن فقط از سطح می آمد، شما این روندها را مشاهده نمی‌کردید.”

اکسیژن دنباله‌دار 67P، در واقع، اکسیژنی است که در ابتدای منظومه شمسی جمع شده است. فقط کسری از آن چیزی است که مردم فکر می‌کردند.

لوسپی کوتی گفت که می‌خواهد با بررسی گونه‌های مولکولی کوچک دنباله‌دار مانند متان و اتان و ارتباط آنها با اکسیژن مولکولی و دیگر گونه‌های اصلی، موضوع را عمیق‌تر بررسی کند. او گمان می‌کند که این امر به محققان کمک می‌کند تا در مورد نوع یخی ایده بهتری پیدا کنند که اکسیژن در آن گنجانده شده است.

لوسپی کوتی گفت: “شما هنوز باید راهی برای ترکیب اکسیژن در دنباله‌دار بیابید.” اما او گفت که انتظار دارد اکثریت محققان از این مطالعه و نتایج آن با آسودگی خاطر استقبال کنند.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Comet 67P’s abundant oxygen more of an illusion, new study suggests

by Johns Hopkins University MARCH 14, 2022

https://phys.org/news/2022-03-comet-67p-abundant-oxygen-illusion.html