Warum gibt es in Comet so wenig Stickstoff? 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P)? Diese Frage stellten sich Wissenschaftler, als sie sich die Daten der ESA-Raumsonde Rosetta ansahen. Tatsächlich stellen sie sich diese Frage jedes Mal, wenn sie die Gase in der Koma eines Kometen messen. Als Rosetta den Kometen 2014 besuchte, maß sie die Gase und stellte fest, dass sehr wenig Stickstoff vorhanden war.
In zwei neuen Artikeln, die in Nature Astronomy veröffentlicht wurden, schlagen Forscher vor, dass der Stickstoff überhaupt nicht fehlt, sondern nur in den Bausteinen des Lebens versteckt ist.
Rosetta wurde 2004 gestartet und brauchte 10 Jahre, um ihr Ziel, den Kometen 67P, zu erreichen. Es verbrachte ungefähr zwei Jahre damit, es zu studieren, bevor es seine Mission durch einen Absturz auf den Kometen beendete. Rosetta hat auch den Lander entsandt Philae an die Oberfläche und trotz a schwierige Landung die seine Mission lahmlegte, konnte der Lander immer noch Bilder von der Kometenoberfläche aufnehmen.
Das war vor drei Jahren, und Wissenschaftler arbeiten immer noch an den Daten.
„Obwohl der Rosetta-Betrieb vor über drei Jahren eingestellt wurde, bietet es uns immer noch unglaublich viel neue Wissenschaft und bleibt eine wirklich bahnbrechende Mission.“
Matt Taylor, Rosetta-Projektwissenschaftler der ESA.
Kometen sind größtenteils Eisbälle, und als sich der Komet 67P der Sonne näherte, sublimierte die Wärme das Material des Kometen in seine Koma, einen gasförmigen, trüben Klecks, der den Kometen umgibt. Als Rosetta das Koma analysierte, enthielt es die erwarteten Mengen an Chemikalien wie Sauerstoff und Kohlenstoff, war jedoch an Stickstoff verarmt.
Die Rosetta-Raumsonde der ESA nähert sich dem Endanflug auf den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko Ende Juli 2014. Diese Collage aus Bildern von Rosetta kombiniert Navcam-Kamerabilder rechts, die kurz vor dem Endanflug vom 25. Juli (3000 km entfernt) bis zum 31. Juli 2014 (1327 km .) aufgenommen wurden entfernt), mit OSIRIS-Weitwinkelkamerabild links von der expandierenden Komawolke des Kometen am 25. Juli. Bilder maßstabsgetreu und kontrastverstärkt, um weitere Details zu zeigen. Bildnachweis: ESA/Rosetta/NAVCAM/OSIRIS/MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA Collage/Verarbeitung: Marco Di Lorenzo/Ken Kremer
'Der Grund für diese Stickstoffverarmung ist in der Kometenwissenschaft eine große offene Frage geblieben', sagte Kathrin Altwegg von der Universität Bern, Schweiz, leitende Forscherin des Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA) Instruments und Hauptautorin von a neue Studie .
Als Wissenschaftler in der Vergangenheit mit diesem fehlenden Stickstoff konfrontiert wurden, dachten sie, dass N2(molekularer Stickstoff) war zu flüchtig, um bei der Kometenbildung zu Kometeneis zu kondensieren. Eine andere mögliche Erklärung ist, dass sie während der ungefähr 4,6 Milliarden Jahre langen Lebensdauer des Sonnensystems verloren gegangen sein könnte. Aber diese neuen Studien liefern Beweise, die diese Erklärungen widerlegen.
„Durch ROSINA-Beobachtungen des Kometen 67P haben wir herausgefunden, dass dieser ‚fehlende‘ Stickstoff tatsächlich in Ammoniumsalzen gebunden sein könnte, die im Weltraum schwer nachzuweisen sind“, sagte Altwegg in a Pressemitteilung .
„Aus astrobiologischer Sicht ist es sehr spannend, Ammoniumsalze auf dem Kometen zu finden.“
Kathrin Altwegg, Principal Investigator, Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA)
Eines der neuen Papiere trägt den Titel „ Nachweis von Ammoniumsalzen im Kometen 67P als Erklärung für die Stickstoffverarmung in Kometenkoma .“ Flüchtiger Stickstoff in der Koma eines Kometen wird im Allgemeinen in NH . transportiert3(Ammoniak) und HCN (Hydrogen Cyanid.) Ammoniak kann sich leicht mit anderen Säuren wie HCN, HNCO (Isocyansäure) und HCOOH (Ameisensäure) verbinden, um Ammoniumsalze zu bilden. Die Ammoniumsalze finden sich bei den tiefen Temperaturen im Kometeneis und im interstellaren Medium.
Stickstoff in der Koma eines Kometen wird normalerweise in Ammoniak mitgeführt. Dieses Ammoniak bildet dann Ammoniumsalze, wie das in diesem Bild gezeigte Ammoniumnitrat. Ammoniumsalze sind im Weltraum schwer nachzuweisen. Wasserstoff = weiß, Stickstoff = blau und Sauerstoff = rot. Bildnachweis: Ben Mills – Eigene Arbeit, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4383057
Ammoniumsalze können eine Schlüsselrolle bei den Bausteinen des Lebens spielen. Sie gelten als Vorläufer des Lebens und sind die Ausgangsverbindungen für komplexere Moleküle wie Harnstoff und die Aminosäure Glycin . Aber im Weltraum sind sie schwer zu entdecken. Sie sind flüchtig und instabil wie ein Gas, und ihr Infrarotsignal kann verborgen und schwer zu erkennen sein.
Die Idee, dass Kometen die Bausteine des Lebens enthalten und eine gewisse Rolle bei deren Verbreitung im Sonnensystem spielen, ist alt. In ihren frühen Jahren wurde die Erde von Kometen bombardiert, die Wasser – und wahrscheinlich die Bausteine – zur Erde brachten. Im Jahr 2016 wurde diese Idee bekräftigt, als Rosetta entdeckte sowohl Glycin als auch Phosphor im Koma von 67P .
Diese Idee ist bekannt als „ molekulare Panspermie ‘ und es heißt, dass die Bausteine des Lebens im Raum geschmiedet und in die Sonnennebel . Als sich Planeten aus diesem Nebel verdichteten, wurden diese Bausteine mit auf die Reise genommen. Sie wurden auch kontinuierlich von Kometen und anderen Körpern im gesamten Sonnensystem verteilt.
Molekulare Panspermie ist die Theorie, dass die Bausteine des Lebens im Weltraum entstehen und dann von Kometen und Asteroiden auf Planeten ausgebreitet werden. Bildnachweis: NASA
„Aus astrobiologischer Sicht ist das Auffinden von Ammoniumsalzen auf dem Kometen enorm spannend“, ergänzt Altwegg. „Diese Entdeckung zeigt, wie viel wir von diesen faszinierenden Himmelsobjekten lernen können.“
Hinter dieser Entdeckung standen für Altwegg und die anderen Wissenschaftler einige dramatische Momente. Sie verwendeten Daten von Rosettas nächster Annäherung an den Kometen, als er sich nur 1,9 km (1,18 Meilen) über ihm befand, weit innerhalb der staubigen, dunstigen Koma selbst. Die Raumsonde in diese Position zu bringen, war ein riskantes Manöver, und sie konnten zu diesem Zeitpunkt nicht mit Rosetta kommunizieren.
„Wegen der staubigen Umgebung am Kometen und der Erdrotation konnten wir zu diesem Zeitpunkt nicht ohne weiteres über unsere Antennen mit Rosetta kommunizieren und mussten bis zum nächsten Morgen warten, um unsere Kommunikationsverbindung wieder herzustellen“, sagte Altwegg in a Pressemitteilung .
„Keiner von uns hat gut geschlafen in dieser Nacht! Aber sowohl Rosetta als auch ROSINA verhielten sich perfekt, maßen fehlerlos die bisher umfangreichsten und vielfältigsten Massenspektren und enthüllten viele Verbindungen, die wir noch nie zuvor auf 67P entdeckt hatten.“
Die zweite neue Studie trägt den Titel „ Infrarotdetektion von aliphatischen organischen Stoffen auf einem Kometenkern .“ Der Hauptautor ist Andrea Raponi vom INAF, dem Nationalen Institut für Astrophysik in Italien. Es basiert auf Daten, die mit dem Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS)-Instrument von Rosetta gesammelt wurden.
Eine Illustration von Rosetta und ihren Instrumenten. Bildquelle: ESA/ATG medialab
In diesem Papier präsentieren die Forscher die Entdeckung von aliphatische organische Verbindungen auf 67P. Sie sind Ketten aus Wasserstoff und Kohlenstoff und sie sind auch Bausteine des Lebens. Dies ist das erste Mal, dass diese organischen Verbindungen auf der Oberfläche eines Kometenkerns gefunden wurden.
„Wo – und wann – diese aliphatischen Verbindungen herkommen, ist enorm wichtig, da sie als wesentliche Bausteine des Lebens, wie wir es kennen, angesehen werden“, erklärt Erstautor Raponi.
„Der Ursprung von Material wie diesem, das in Kometen gefunden wird, ist entscheidend für unser Verständnis nicht nur unseres Sonnensystems, sondern auch der Planetensysteme im gesamten Universum“, sagte Raponi.
Molekulare Panspermie bestätigt?
Diese aliphatischen Bausteine wurden nicht auf dem Kometen selbst gebildet. Wissenschaftler glauben, dass sie sich im interstellaren Medium oder in der jungen, sich noch entwickelnden Sonne gebildet haben.
„Inspirierende Entdeckungen wie diese helfen uns, nicht nur viel mehr über die Kometen selbst, sondern auch über die Geschichte, Eigenschaften und Entwicklung unserer gesamten kosmischen Nachbarschaft zu verstehen.“
Matt Taylor, Rosetta-Projektwissenschaftler der ESA
Die Autoren des zweiten Papiers fanden auch starke kompositorische Ähnlichkeiten zwischen 67P und anderen kohlenstoffreichen Objekten des äußeren Sonnensystems.
„Wir fanden heraus, dass der Kern des Kometen 67P eine ähnliche Zusammensetzung wie das interstellare Medium hat, was darauf hindeutet, dass der Komet unverändertes präsolares Material enthält“, sagt Fabrizio Capaccioni, Co-Autor der Studie, ebenfalls vom INAF und Hauptforscher von VIRTIS.
Dieses Vier-Bilder-Mosaik umfasst Bilder, die am 10. Dezember 2014 aus einer Entfernung von 20,1 km vom Zentrum des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko aufgenommen wurden. Bildnachweis: ESA/Rosetta/NAVCAM.
'Diese Zusammensetzung wird auch von Asteroiden und einigen Meteoriten geteilt, die wir auf der Erde gefunden haben, was darauf hindeutet, dass diese alten, felsigen Körper verschiedene Verbindungen aus der Urwolke eingeschlossen haben, die später das Sonnensystem bildete.'
„Dies könnte bedeuten, dass zumindest ein Teil der organischen Verbindungen im frühen Sonnensystem direkt aus dem breiteren interstellaren Medium stammt – und damit auch andere Planetensysteme Zugang zu diesen Verbindungen haben könnten“, fügt Raponi hinzu.
Obwohl die Rosetta-Mission vor mehr als drei Jahren endete, als die Raumsonde in den Kometen stürzte, durchkämmen Wissenschaftler immer noch die Daten und machen sich einen Sinn daraus. Dies spiegelt andere Missionen wie die Cassini-Mission zum Saturn wider. Diese Raumsonde wurde vor über zwei Jahren in den Tod geschickt, und Wissenschaftler veröffentlichen immer noch neue Papiere, die auf ihren Daten basieren.
„Obwohl der Rosetta-Betrieb vor über drei Jahren endete, bietet es uns immer noch unglaublich viel neue Wissenschaft und bleibt eine wirklich bahnbrechende Mission“, fügt Matt Taylor, Rosetta-Projektwissenschaftler der ESA, hinzu.
„Diese Studien befassten sich mit einigen offenen Fragen der Kometenwissenschaft: Warum Kometen an Stickstoff verarmt sind und woher Kometen ihr Material haben. Inspirierende Entdeckungen wie diese helfen uns, nicht nur viel mehr über die Kometen selbst, sondern auch über die Geschichte, Eigenschaften und Entwicklung unserer gesamten kosmischen Umgebung zu verstehen“, sagte Taylor.
An einem Punkt überlegte die NASA, ihre eigene Raumsonde zu 67P zu schicken. Es wurde genannt CAESAR (Comet Astrobiology Exploration Sample Return) und wie der Name schon sagt, sollte eine Probe zum Studium zurückgebracht werden. Das wäre toll gewesen. Aber diese Mission war einer von zwei Finalisten in einem Missionsauswahlverfahren. Der andere war der Libelle Mission, die ein Rotorschiff zum Saturnmond Titan schicken würde. Im Juni 2019 wurde die Dragonfly-Mission CAESAR vorgezogen.
Leider wurde die CAESAR-Probenrückkehrmission zum Kometen 67P nicht ausgewählt.
Die NASA hat derzeit keine Missionen zu Kometen geplant. Aber die ESA plant ihre Kometenabfangjäger Mission. Es wird die erste Mission sein, die einen unberührten Kometen besucht, der das innere Sonnensystem noch nie zuvor besucht hat. Das genaue Ziel wurde noch nicht ausgewählt.
Mehr:
- Pressemitteilung: LEBENSBLÖCKE AUF ROSETTAS KOMET TIPP AUF DIE ZUSAMMENSETZUNG DES GEBURTSORTS
- Forschungsbericht: Nachweis von Ammoniumsalzen im Kometen 67P als Erklärung für die Stickstoffverarmung in Kometenkoma
- Forschungsbericht: Infrarotdetektion von aliphatischen organischen Stoffen auf einem Kometenkern
