Das Rosetta-Orbiter-Spektrometer für Ionen- und Neutralanalyse (ROSINA) umkreiste den Kometen 67P und revolutionierte unser Verständnis der Materialzusammensetzung von Kometen. Eine wichtige Erkenntnis des Satelliten war die Erforschung der Zusammensetzung Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko. In einem neuen Bericht veröffentlicht in Wissenschaftliche FortschritteAhmed Mahjoub und ein Team von Planetenwissenschaftlern im Jet Propulsion Lab am CalTech, am Space Science Institute Colorado und an der Universität Bern in der Schweiz nutzten die ROSINA-Daten, um Staubpartikel zu untersuchen, die während eines Staubereignisses im September 2016 verflüchtigt wurden.
Die Wissenschaftler berichteten über den Nachweis großer Organoschwefelspezies auf der Kometenoberfläche. Anschließend führten sie Laborsimulationen durch, um die Bildung dieses Materials durch chemische Reaktionen anzuzeigen, die durch die Bestrahlung von gemischtem Eis, das Schwefelwasserstoff enthielt, ausgelöst wurden. Die Ergebnisse verdeutlichten die Bedeutung der Schwefelchemie von Kometen und ihre Präsenz in präkometäre Materialien um den Nachweis von Organoschwefelmaterialien in anderen Kometen und eisigen Kleinkörpern mithilfe des zu erleichtern James Webb-Weltraumteleskop.
Landung auf einem Kometen
Als die Rosetta-Mission den Kometen 67P besuchte, enthüllte der Satellit bemerkenswerte Erkenntnisse zu den vielfältigen Molekülen auf dem Kometen. Die Forscher entdeckten organische Stoffe mithilfe eines Fernerkundungsinstruments, sichtbarer und infraroter Wärmebildspektrometrie sowie einer Reihe von Instrumenten, darunter ROSINA, Ptolemaios und das Experiment zur Probenahme und Zusammensetzung von Kometen. Die mit ROSINA durchgeführten Messungen lieferten wesentliche Informationen über die komplexe organische Chemie in Kometenmaterialien sowie weitere Einblicke in die Zusammensetzung der halbflüchtigen Phasen des Kometen 67P.
Rosetta: Die Kometenjagdsonde der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die ihren Lander Philae auf der Oberfläche des Kometen 67P aussetzte (und versehentlich abprallte). Dieses GIF besteht aus Bildern, die Rosetta zur Erde zurückgebeamt hat. Bildquelle: ESA/landru79
Die Messungen verdeutlichten den Nachweis weiter von Ammoniumsalzen. In dieser Arbeit diskutierten Mahjoub und Kollegen die Daten, die von der Rosetta-Sonde und ROSINA während eines Ereignisses mit verstärktem Staubeinfluss auf das Instrument gesammelt wurden. Sie interpretierten die Daten und enthüllten das Vorhandensein großer Organoschwefelmoleküle mit geringer Flüchtigkeit, die in den Staubkörnern des Kometen 67P eingebettet waren. Das Team führte im Labor Simulationen der organischen Chemie durch, die auf dem Kometen durch die Bestrahlung einfacher Eismischungen in Gegenwart oder Abwesenheit von Schwefelwasserstoff begann. Die Ergebnisse deuteten auf die Dominanz von Schwefel in der Umwelt und einen möglichen eischemischen Ursprung der schwefelhaltigen Spezies auf dem Kometenmaterial hin.
Das Staubereignis
Vor der Landung auf dem Kometen flog Rosetta in den letzten Wochen ihrer Mission elliptische Umlaufbahnen, wobei die Höhe des Perizentrums allmählich abgesenkt wurde. Im September 2016 erreichte die Raumsonde ihre größte Entfernung zum Kometen. Es wird angenommen, dass die Raumsonde zuvor von einem Eis- oder Staubbrocken getroffen wurde, was zur Beobachtung hochdichter Gaswolken für etwa drei Stunden führte Nähe des Instruments auf.
Die während der Studie durchgeführten Messungen zeigten die Häufigkeit einer Vielzahl schwefelhaltiger Moleküle vor und nach dem Staubereignis. Das Team führte massenspektrometrische Messungen durch, um Carbonylsulfid und Kohlenstoffdisulfid als Spezies zu identifizieren, die während des Ereignisses aufgrund ihrer höheren Flüchtigkeit im Vergleich zu Schwefeldioxid, das um etwa zwei Größenordnungen zunahm, nicht signifikant zunahmen. Das Team überwachte außerdem die Anwesenheit von halbflüchtige schwefelorganische Moleküle auf der Oberfläche des Kometen 67P.
Simulationen im Labor
Die während des Staubereignisses gewonnenen Daten des ROSINA-Doppelfokussierungs-Massenspektrometers (ROSINA-DFMS) zeigten, dass die Schwefelchemie komplexer und vielfältiger ist, als bisher bekannt oder durch Messungen im angenommen wurde ungestörte Koma des Kometen. Mahjoub und Kollegen gingen davon aus, dass dieses Ergebnis auf die Eischemie mit Schwefelwasserstoff zurückzuführen sei. Um dies im Labor zu untersuchen, führte das Team Elektronenbestrahlungsexperimente an Eismischungen in Gegenwart oder Abwesenheit der Moleküle durch.
Der Versuchsaufbau umfasste eine Hochvakuumkammer aus rostfreiem Stahl, in der das Team über ein Gas Eis auf einem Goldsubstrat ablagerte, das an einem Kühlfinger eines Heliumkryostaten befestigt war, um Gasmischungen herzustellen. Der Aufbau umfasste eine Elektronenverstärkung in der Kammer und eine Faraday-Pokal zur Überwachung des Elektronenstrahlstroms. Das Team erfasste die sich entwickelnden Proben mit einem Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer. Weitere Experimente verdeutlichten die schnelle Dissoziation von Schwefelwasserstoff im Aufbau im Vergleich zu Methanol- und Wasserproben, die in ähnlichen Experimenten verwendet wurden, um eine hohe Konzentration reaktiver schwefelhaltiger Radikale zu erzeugen, die vor allem die Chemie in den Eisfilmen beeinflussen.
Ausblick
Auf diese Weise charakterisierten Ahmed Mahjoub und Kollegen organische Heteropolymere in kleinen interstellaren Eiskörnern und Eiskörpern. Sie gingen davon aus, dass bei den beobachteten Arten eine Schwefelwasserstoff-Eischemie wahrscheinlich ist. Sie hoben das Vorhandensein anderer Wege zur Bildung von Organoschwefelverbindungen im diffusen interstellaren Medium und im Weltraum hervor Sonnennebel. Mithilfe von Laborsimulationen zeigten die Wissenschaftler, dass durch Schwefelionenbeschuss von astrophysikalischem Eis, das Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffbestandteile enthält, schwefelhaltige organische Verbindungen gebildet werden können.
Das in diese Arbeit einbezogene James-Webb-Weltraumteleskop kann das Verständnis darüber verbessern Chemie des Sonnensystemseinschließlich KometenUnd Asteroiden. Dieses Instrument kann Forschern auch dabei helfen, die Zusammensetzung einer Vielzahl solcher interstellarer Körper sowie ihre Ähnlichkeiten oder Unterschiede aufzudecken, um die Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems zu verstehen. wo die Schwefelchemie von Interesse ist. Das Schicksal von Schwefel spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Kometen und interstellaren Eiskörpern, obwohl ein Großteil seiner Rolle in den Bausteinen des Sonnensystems noch unbekannt ist. Das Element birgt jedoch eine vielversprechende Fähigkeit, den Ursprung und die Entwicklung solcher eisigen kleinen Körper zu beantworten.
Mehr Informationen:
Ahmed Mahjoub et al., Komplexe Organoschwefelmoleküle auf dem Kometen 67P: Beweise aus den ROSINA-Messungen und Erkenntnisse aus Laborsimulationen, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh0394
IP Wright et al., CHO-tragende organische Verbindungen an der Oberfläche von 67P/Churyumov-Gerasimenko, entdeckt von Ptolemäus, Wissenschaft (2015). DOI: 10.1126/science.aab0673
© 2023 Science X Network