NASA-teleskopet studerer den finurlige komet 45P

Da kometen 45P lynede forbi Jorden tidligt i 2017, forskere observerer fra NASAs infrarøde teleskopfacilitet, eller IRTF, i Hawai'i gav den mangeårige vandrer et grundigt astronomisk eftersyn. Resultaterne hjælper med at udfylde afgørende detaljer om is i Jupiter-familiens kometer og afslører, at finurlige 45P ikke helt matcher nogen komet, der er undersøgt indtil videre.

Som en læge, der registrerer vitale tegn, holdet målte niveauerne af ni gasser, der blev frigivet fra den iskolde kerne til kometens tynde atmosfære, eller koma. Flere af disse gasser leverer byggesten til aminosyrer, sukker og andre biologisk relevante molekyler. Af særlig interesse var kulilte og metan, som er så svære at opdage i Jupiter-familiens kometer, at de kun er blevet undersøgt få gange før.

Gasserne stammer alle fra ismassen, sten og støv, der udgør kernen. Disse indfødte iser menes at have spor til kometens historie, og hvordan den har ældet.

"Kometer bevarer en registrering af forhold fra det tidlige solsystem, men astronomer tror, ​​at nogle kometer kan bevare den historie mere fuldstændigt end andre, " sagde Michael DiSanti, en astronom ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, og hovedforfatter af den nye undersøgelse i Astronomisk Tidsskrift .

Kometen - officielt navngivet 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková - tilhører Jupiter-kometfamilien, hyppige kredsløb, der går rundt om solen omkring hvert femte til syvende år. Der vides meget mindre om indfødte iser i denne gruppe end om langdistancekometerne fra Oort-skyen.

For at identificere native is, astronomer leder efter kemiske fingeraftryk i den infrarøde del af spektret, hinsides synligt lys. DiSanti og kolleger udførte deres undersøgelser ved hjælp af iSHELL højopløsningsspektrografen, der for nylig blev installeret på IRTF på toppen af ​​Maunakea. Med iSHELL, forskere kan observere mange kometer, der før blev betragtet som for svage.

Instrumentets spektralområde gør det muligt at detektere mange fordampede is på én gang, hvilket reducerer usikkerheden, når man sammenligner mængderne af forskellige is. Instrumentet dækker bølgelængder startende ved 1,1 mikrometer i det nær-infrarøde område (nattesynsbrillernes rækkevidde) op til 5,3 mikrometer i det mellem-infrarøde område.

iSHELL har også høj nok opløsningsevne til at adskille infrarøde fingeraftryk, der falder tæt sammen i bølgelængde. Dette er især nødvendigt i tilfælde af kulilte og metan, fordi deres fingeraftryk i kometer har en tendens til at overlappe med de samme molekyler i Jordens atmosfære.

"Kombinationen af ​​iSHELLs høje opløsning og evnen til at observere i dagtimerne på IRTF er ideel til at studere kometer, især korttidskometer, " sagde John Rayner, direktør for IRTF, som administreres for NASA af University of Hawai'i.

Mens de observerede i to dage i begyndelsen af ​​januar 2017 - kort efter 45P's nærmeste tilgang til solen - lavede holdet robuste målinger af vand, carbonmonoxid, metan og seks andre indfødte iser. For fem is, herunder kulilte og metan, forskerne sammenlignede niveauer på den solbeskinnede side af kometen med den skraverede side. Resultaterne hjalp med at udfylde nogle huller, men rejste også nye spørgsmål.

Resultaterne afslører, at 45P løber så lavt på frossen kulilte, at det officielt betragtes som udtømt. I sig selv, det ville ikke være så overraskende, fordi kulilte slipper let ud i rummet, når solen varmer en komet. Men metan er næsten lige så tilbøjelig til at undslippe, så en genstand, der mangler kulilte, bør have lidt metan. 45P, imidlertid, er rig på metan og er en af ​​de sjældne kometer, der indeholder mere metan end kulilteis.

Det er muligt, at metanen er fanget inde i anden is, gør det mere sandsynligt, at det bliver ved. Men forskerne tror, ​​at kulilte kan have reageret med brint og dannet methanol. Holdet fandt ud af, at 45P har en større end gennemsnittet andel af frossen methanol.

Hvornår denne reaktion fandt sted, er et andet spørgsmål - et spørgsmål, der kommer til hjertet af kometvidenskaben. Hvis methanolen blev produceret på korn af uris før 45P blev dannet, så har kometen altid været sådan. På den anden side, niveauerne af kulilte og methanol i koma kan have ændret sig over tid, især fordi Jupiter-familie kometer bruger mere tid i nærheden af ​​solen, end Oort Cloud-kometer gør.

"Kometforskere er som arkæologer, studerer gamle prøver for at forstå fortiden, " sagde Boncho Bonev, en astronom ved American University og den anden forfatter på papiret. "Vi ønsker at skelne kometer, som de dannede sig fra den behandling, de måske har oplevet, som at adskille historiske relikvier fra senere forurening."

Holdet er nu på sagen for at finde ud af, hvor typiske deres resultater kan være blandt lignende kometer. 45P var den første af fem sådanne kortperiodekometer, der er tilgængelige til undersøgelse i 2017 og 2018. I hælene på 45P var kometerne 2P/Encke og 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak. Forfalder til næste sommer og efterår 21P/Giacobini – Zinner, og senere kommer 46P/Wirtanen, som forventes at forblive inden for 10 millioner miles (16 millioner kilometer) fra Jorden gennem det meste af december 2018.

"Denne forskning er banebrydende, " sagde Faith Vilas, direktør for sol- og planetarisk forskningsprogram ved National Science Foundation, eller NSF, som var med til at understøtte undersøgelsen. "Dette udvider vores viden om blandingen af ​​molekylære arter, der sameksisterer i kernerne af kometer fra den jovianske familie, og de forskelle, der eksisterer efter mange ture rundt om solen."

"Vi er glade for at se denne første udgivelse fra iSHELL, som blev bygget gennem et partnerskab mellem NSF, University of Hawaii, og NASA, " sagde Kelly Fast, IRTF-programforsker ved NASAs hovedkvarter. "Dette er blot det første af mange iSHELL-resultater, der kommer."