W pewnych warunkach komety mogą dostarczać cząsteczki organiczne na planety

Około 4,1 do 3,8 miliarda lat temu planety wewnętrznego Układu Słonecznego doświadczyły wielu uderzeń komet i asteroid pochodzących z zewnętrznego Układu Słonecznego. Jest to znane jako okres późnego ciężkiego bombardowania (LHB), kiedy (zgodnie z teorią) migracja gigantycznych planet wyrzuciła asteroidy i komety z ich regularnych orbit, wysyłając je w kierunku Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa. Uważa się, że to bombardowanie rozprowadziło wodę do wewnętrznego Układu Słonecznego, a być może także budulec samego życia.

Według nowych badań przeprowadzonych na Uniwersytecie w Cambridge, komety muszą poruszać się powoli – poniżej 15 km/s (9,32 mil/s) – aby dostarczyć materiał organiczny na inne planety. W przeciwnym razie niezbędne cząsteczki nie przetrwałyby dużej prędkości i temperatur generowanych przez wejście w atmosferę i uderzenie. Naukowcy odkryli, że takie komety mogą występować tylko w ściśle powiązanych układach, w których planety krążą blisko siebie. Ich wyniki pokazują, że takie układy byłyby dobrym miejscem do poszukiwania dowodów na istnienie życia (biosygnatur) poza Układem Słonecznym.

Badania zostały przeprowadzone przez Richarda Anslowa i Amy Bonsor, odpowiednio doktorantkę i stypendystkę Royal Society University Research Fellow z Instytutu Astronomii na Uniwersytecie w Cambridge. Dołączył do nich Paul Rimmer, starszy pracownik SCOL w Cavendish Laboratory’s Astrophysics Group na Uniwersytecie w Cambridge. Ich artykuł zatytułowany “Can comets deliver prebiotic molecules to rocky exoplanets?” ukazał się 15 listopada w Proceedings of the Royal Society A.

W naszym Układzie Słonecznym większość komet pochodzi z Pasa Kuipera, dysku okołogwiazdowego rozciągającego się od 30 jednostek astronomicznych (AU) – poza orbitę Neptuna – do około 50 AU. Gdy obiekty Pasa Kuipera (KBO) zderzają się ze sobą, mogą zostać “wyrzucone” przez grawitację Neptuna w kierunku Słońca, a następnie przechwycone przez grawitację Jowisza. Niektóre z tych komet zostaną następnie wyrzucone poza Pas Asteroid i trafią do wewnętrznego Układu Słonecznego. W miarę zbliżania się do Słońca kometom tym wyrastają “ogony”, ponieważ rosnące temperatury powodują sublimację ich zamrożonych substancji lotnych.

Liczne ogony komety 73P. Prawa autorskie: Michael Jaeger.

Naukowcy dowiedzieli się również, że komety mogą zawierać cząsteczki prebiotyczne, które są budulcem życia. Obejmuje to cyjanowodór, metanol, formaldehyd, etanol, etan i bardziej złożone cząsteczki, takie jak długołańcuchowe węglowodory i aminokwasy. Na przykład próbki zwrócone z asteroidy Ryugu w 2022 r. wykazały nienaruszone aminokwasy i kwas nikotynowy, cząsteczkę organiczną znaną również jako witamina B3. Jednak nie wszystkie te elementy mogą pozostać nienaruszone po wejściu w atmosferę planety i uderzeniu w powierzchnię. Jak powiedział Anslow w komunikacie prasowym Uniwersytetu w Manchesterze:

Cały czas dowiadujemy się więcej o atmosferach egzoplanet, więc chcieliśmy sprawdzić, czy istnieją planety, na których złożone cząsteczki mogłyby być również dostarczane przez komety. Możliwe, że cząsteczki, które doprowadziły do powstania życia na Ziemi, pochodzą z komet, więc to samo może dotyczyć planet w innych częściach galaktyki.

Chcieliśmy przetestować nasze teorie na planetach podobnych do naszej, ponieważ Ziemia jest obecnie naszym jedynym przykładem planety wspierającej życie. Jakiego rodzaju komety, podróżujące z jaką prędkością, mogłyby dostarczyć nienaruszone cząsteczki prebiotyczne? W tych ciasno upakowanych układach każda planeta ma szansę wejść w interakcję z kometą i ją uwięzić. Możliwe, że ten mechanizm może być sposobem, w jaki cząsteczki prebiotyczne trafiają na planety.

W swoich badaniach zespół starał się określić pewne ograniczenia dotyczące rodzajów planet, na które komety mogłyby z powodzeniem dostarczać złożone cząsteczki. Korzystając z różnych modeli matematycznych, naukowcy ustalili, że komety mogą dostarczać cząsteczki prekursorowe dla życia, ale tylko w określonych scenariuszach. Wyniki pokazały, że najbardziej prawdopodobnym miejscem do znalezienia komet poruszających się z odpowiednią prędkością są układy typu “groszek w strąku”, które składają się z planet orbitujących blisko siebie. W takich układach komety mogą być przyciągane przez przyciąganie grawitacyjne jednej planety, a następnie “odbijane” od innej przed zderzeniem.

Jeśli kometa zostanie przeniesiona z jednej orbity na drugą, zwolni na tyle, że niektóre prebiotyczne cząsteczki mogą przetrwać wejście w atmosferę. Wyniki badań wykazały również, że w przypadku gwiazd podobnych do Słońca szanse na przetrwanie cząsteczek prebiotycznych były jeszcze większe, jeśli planety miały niską masę. Jednak w przypadku planet krążących wokół gwiazd o niskiej masie (takich jak czerwone karły typu M), szczególnie ważne były planety blisko siebie krążące. Jeśli skaliste planety w tych układach byłyby luźno upakowane, to ulegałyby znacznie większej liczbie zderzeń o dużej prędkości, co stanowiłoby poważne wyzwanie dla życia na tych planetach.

Wyniki te mogą pomóc astronomom określić, gdzie szukać oznak życia (biosygnatur) poza naszym Układem Słonecznym. powiedział Anslow:

To ekscytujące, że możemy zacząć identyfikować rodzaje systemów, które możemy wykorzystać do testowania różnych scenariuszy pochodzenia. To inny sposób spojrzenia na wspaniałą pracę, która została już wykonana na Ziemi. Jakie szlaki molekularne doprowadziły do ogromnej różnorodności życia, które widzimy wokół nas? Czy istnieją inne planety, na których istnieją te same ścieżki? To ekscytujący czas, kiedy możemy łączyć postępy w astronomii i chemii, aby badać niektóre z najbardziej fundamentalnych pytań.

Kometa H2 Lemmon jaśnieje na początku listopada wcześniej niż oczekiwano

Odkryta na początku tego roku kometa C/2023 H2 Lemmon może w tym miesiącu zbliżyć się do jasności obserwowanej gołym okiem.

Kometa odkryta na początku tego roku radzi sobie powyżej oczekiwań i jest obecnie dobrze widoczna na zmierzchowym niebie. Mowa o komecie C/2023 H2 Lemmon, która obecnie przesuwa się w górę wykresów z jasnością +8 magnitudo. Kometa H2 Lemmon została odkryta w nocy 23 kwietnia 2023 roku.

29 października kometa H2 Lemmon osiągnęła peryhelium w odległości 0,9 jednostki astronomicznej (AU) od Słońca, tuż wewnątrz orbity Ziemi. MOID (Minimalna Odległość Przecięcia Orbit) komety od Ziemi wynosi zaledwie 0,036 AU (5,4 miliona kilometrów), a kometa znajduje się na długiej, trwającej 3 870 lat orbicie wstecznej, nachylonej pod kątem 114 stopni względem płaszczyzny ekliptyki.

Orbita komety H2 Lemmon. Źródło: NASA/JPL

Orbita została zarejestrowana z Ziemi na początku tego tygodnia, 31 października. Często jest to czas, w którym można zaobserwować kolczasty “antyogon”, który wydaje się rozciągać od jądra komety w kierunku Słońca. Kometa E3 ZTF wykazała tego rodzaju dramatyczne zjawisko na początku tego roku.

Pierwsza połowa listopada to najlepszy czas na uchwycenie komety H2 Lemmon. Kometa będzie poruszać się z prędkością dziewięciu stopni dziennie w momencie największego zbliżenia około 10 listopada. To około pół stopnia kątowego lub średnica Księżyca w pełni co 90 minut, ruch w stosunku do tła gwiezdnego, który powinien być łatwo dostrzegalny po śledzeniu komety przez około 10 minut. Kometa zaczyna się nisko na północnym zachodzie o zmierzchu dla obserwatorów z półkuli północnej, a następnie wznosi się wysoko przez gwiazdozbiór Herkulesa do Orła w połowie miesiąca.

Obserwacja komety
Przez lornetkę kometa będzie wyglądać podobnie do rozmytej gromady kulistej, która uparcie nie chce złapać ostrości. Zazwyczaj komety przekraczające +10 magnitudo przyciągają naszą uwagę jako potencjalne cele fotograficzne i lornetkowe, którymi warto pochwalić się na imprezach gwiezdnych. Około +5. lub +6. magnitudo komety zaczynają stawać się bardziej atrakcyjne, ponieważ zbliżają się do widoczności gołym okiem z dobrego miejsca pod ciemnym niebem.

Krzywa blasku (obserwowana i przewidywana) dla komety C/2023 H2 Lemmon. Źródło: Seiichi Yoshida’s Weekly Information About Bright Comets.

Przy około +2. lub +3. magnitudo, komety zaczynają stawać się naprawdę fotogenicznymi celami, wystarczająco jasnymi, aby uchwycić je wraz z obiektami na pierwszym planie. Należy pamiętać, że podobnie jak w przypadku obiektów głębokiego nieba, cała ta cenna jasność komet jest rozproszona na dużym obszarze. To sprawia, że wydają się one wizualnie bledsze niż gwiazdy o tej samej jasności. Średnio 1 na 10 odkrytych komet staje się dobrą kometą lornetkową, a być może 1 na 10 z nich osiąga widoczność gołym okiem.

Kometa P1 Nishimura może stać się jasnym obiektem w ciągu najbliższych kilku tygodni

W przewidywalnym Wszechświecie nowa kometa jest zawsze jedyną dziką kartą, która może przekroczyć lub nie spełnić oczekiwań. Teraz mamy nową kometę, która może osiągnąć widoczność gołym okiem w ciągu najbliższych kilku tygodni: C/2023 P1 Nishimura. Kometa została odkryta przez Hideo Nishimurę podczas wykonywania zdjęć szerokokątnych z Kakegawy w Japonii w nocy 11 sierpnia. W tym czasie kometa wykazywała godną szacunku 5′ komę.

Obecnie kometa na jasność +9 magnitudo  i znajduje się w gwiazdozbiorze Bliźniąt, jest teraz dobrze widoczna na niebie przed świtem. Przez lornetkę można dostrzec smugę komety rano w pobliżu Delty Geminorum.

Ścieżka orbitalna komety Nishimura. Źródło: NASA/JPL.

Kometa została początkowo nazwana jako HN00003 na stronie IAU Minor Planet Center PCCP, zanim otrzymała formalną nazwę. Oczekuje się, że P1 Nishimura pojaśnie do +3 lub +2 magnitudo na początku września, choć w tym czasie będzie blisko Słońca. Obiekt oddalony jest 0,85 jednostki astronomicznej (AU) lub 127 milionów kilometrów od Ziemi ,13 września osiągnie peryhelium 0,22 j.a. od Słońca.

Intrygująca orbita

Przy największym zbliżeniu do Ziemi w połowie września kometa będzie przemierzać cztery stopnie nieba dziennie. Niestety, kometa również “zanurza się” w kierunku Słońca na początku września i przechodzi tylko 12 stopni od Słońca w połowie września, zanim skieruje się na południe.

Należy pamiętać, że w chwili pisania tego tekstu efemerydy NASA/JPL dla orbitalnego rozwiązania komety pochodzą tylko z 63 obserwacji w ciągu czterech dni i można spodziewać się, że ostateczna orbita komety zostanie nieco zmodyfikowana, gdy jej ścieżka i pozycja w kosmosie będzie lepiej znana. Na stromej orbicie nachylonej pod kątem 129° względem płaszczyzny ekliptyki kometa P1 Nishimura znajduje się na ścieżce wstecznej. Oznacza to, że porusza się w opozycji przeciwnej do planet w wewnętrznym Układzie Słonecznym. Wygląda również na to, że kometa ma ekscentryczność orbity nieco większą niż 1,0, co oznacza, że najprawdopodobniej jest dynamicznie nowym gościem w wewnętrznym Układzie Słonecznym z odległego Obłoku Oorta, który po peryhelium zostanie wyrzucony w przestrzeń galaktyczną w kierunku południowej konstelacji Pyxis.

Jak jasne?

Jako nowicjusz zbliżający się do Słońca, P1 Nishimura może okazać się aktywna. Pod koniec sierpnia kometa znajduje się 20° nad wschodnim horyzontem, na godzinę przed wschodem Słońca, widziana z 35° szerokości geograficznej północnej. Uważaj także na jasny sierp Wenus wchodzący w widok świtu. Wenus jest świeżo po koniunkcji 13 sierpnia. Widzimy kometę zbliżającą się do Słońca po prawie prostopadłej ścieżce z naszej ziemskiej perspektywy. Jest to idealna geometria do szpiegowania warkocza pyłowego, gdyby kometa wykiełkowała w kierunku peryhelium.opowiada jeden z doświadczonych obserwatorów komet, który już obserwował P1.

Kometa miesiąc po miesiącu

Oto spojrzenie na daty z ciekawymi obserwacjami komety P1 Nishimura w ciągu najbliższych kilku miesięcy.

Sierpień

  • 19 – Przechodzi 16′ od mgławicy NGC 2392.
  • 22 – Przecina płaszczyznę ekliptyki na północ.
  • 26 – Obiekt znajdzie się w gwiazdozbiorze Raka.
  • 31 – Przechodzi 4 stopnie od gromady otwartej Messier 44.

Wrzesień

  • 5 – Obiekt w gwiazdozbiorze Lwa.
  • 7 – Przejście w pobliżu +3 mag. Epsilon Leonis.
  • 9 – Przechodzi w pobliżu gwiazdy o jasności +3,4 magnitudo, Zeta Leonis. Najbliższe zbliżenie do Ziemi w odległości 13,0 j.a. od Ziemi.
  • 15 – przechodzi przed (tranzytem) gwiazdą +2 magnitudo Denebola (Beta Leonis).
  • 16 – Kometa znajdzie się w gwiazdozbiorze Panny i osiąga minimalną elongację 12 stopni od Słońca.
  • 18 – Szczyt na +2 magnitudo, gdy kometa osiąga peryhelium w odległości 0,22 j.a. od Słońca.

Najlepszym sposobem na wykrycie komety P1 Nishimura jest omiatanie obszaru nieba, gdzie winien znajdować się obiekt lornetką lub teleskopem z dużym polem widzenia o małym powiększeniu. Łatwo będzie zaobserwować rozmytą plamę, która nie chce się wyostrzyć. COBS (The Comet Observer’s Database) jest doskonałym źródłem do sprawdzenia, gdzie obecnie znajduje się kometa, a Heavens Above wygeneruje szerokie i wąskie mapy dla komety.

Chociaż +6 mag. jest zwykle podawana jako granica widoczności gołym okiem, komety są obiektami rozmytymi. W poprzednich doświadczeniach komety takie jak F3 NEOWISE w 2020 roku stały się widocznymi obiektami, które można uchwycić wraz z obiektami na pierwszym planie tylko wtedy, gdy osiągają jasność +3 mag.

foto nagłówek: Kometa P1 Nishimura od 15 sierpnia. Źródło: Michael Jaeger.

Komety zostawiają zakurzone ślady otaczające Układ Słoneczny

Komety tworzą bałagan. Podczas podróży przez Układ Słoneczny rozrzucają drobiny pyłu. Jeśli Ziemia napotka jeden z tych kometarnych śladów pyłu, zobaczymy deszcz meteorytów.

Przez lata zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST) uchwyciły „pozostałości światła”, których nie można powiązać z poświatą planet, gwiazd, galaktyk lub pyłu w rzeczywistej płaszczyźnie naszego Układu Słonecznego. Czy ta słaba poświata może pochodzić ze skorupy pyłu komety? To właśnie chce wiedzieć zespół astronomów. Astronom Hubble’a, Rogier Windhorst z Arizona State University, wpadł na pomysł, aby szukać „światła ducha” z pyłu komety na archiwalnych zdjęciach HST. Kierował zespołem absolwentów i studentów w ramach projektu o nazwie SKYSURF, którego celem było śledzenie widmowego światła.

Ponad 95% fotonów na zdjęciach z archiwum Hubble’a pochodzi z odległości mniejszej niż 3 miliardy mil od Ziemi. Od samego początku Hubble’a większość użytkowników odrzucała te fotony nieba, ponieważ interesowali się słabymi, dyskretnymi obiektami na obrazach Hubble’a, takimi jak gwiazdy i galaktyki. Ale te fotony nieba zawierają ważne informacje, które można wydobyć dzięki wyjątkowej zdolności Hubble’a do mierzenia słabych poziomów jasności z dużą precyzją przez trzy dekady jego życia.powiedział Windhorst.

Projekt SKYSURF: HST jako fotometr
Po 32 latach obserwacji HST dostarczył niesamowitych widoków wszechświata. Ta długa służba naprawdę coś znaczy w tym przypadku. SKYSURF zasadniczo używa teleskopu jako fotometru absolutnego. Analiza projektu wykorzystuje dziesięciolecia danych do pomiaru jasności powierzchni całego nieba na poziomie 0,2-1,7 mikrona na 249 861 zdjęciach. Pochodzą one z ekspozycji Wide Field Planetary Camera 2, Advanced Camera for Surveys i Wide Field Camera 3. Zespół opracował zestaw analiz i praktyk ponownego przetwarzania w celu odsiania bardzo słabego światła odbitego od pyłu komety. Pomysł polegał na wydobyciu upiornego światła z możliwej powłoki komety z innych źródeł tła.

Aby to zrobić, wzięli pod uwagę inne źródła światła tła i byli w stanie „odjąć” ogólną jasność powierzchniową (SB) nieba. W tym celu zespół porównał pomiary HST sky-SB z przewidywaniami opisującymi światło zodiakalne i przedpole galaktyczne. ( Światło zodiakalne jest dobrze znaną poświatą rozproszonego światła słonecznego. Rozprasza pył międzyplanetarny w płaszczyźnie Układu Słonecznego. Można je zobaczyć gołym okiem, a także przez naziemne teleskopy w bardzo ciemne noce.) Dla kontrastu , rozproszona poświata, którą Windhorst i jego współpracownicy znaleźli w danych z HST, nie ogranicza się do płaszczyzny Układu Słonecznego. Ich analiza pozwala im zrozumieć tę rozproszoną składową światła w danych z HST i pozwala ustalić pewne ograniczenia co do jej pochodzenia (albo z wnętrza Układu Słonecznego, albo z odległości kosmologicznych).

Widmowe emanacje Światła Układu Słonecznego?
Kiedy patrzysz na nocne niebo z ciemnego miejsca obserwacyjnego, wygląda ono na ciemne. Ale kiedy weźmie się pod uwagę wszystkie inne rzeczy, które emitują lub odbijają światło, nadal istnieje upiorna poświata, która zmotywowała Windhorsta i jego zespół do znalezienia wyjaśnienia. Przejrzeli 200 000 obrazów HST i wykluczyli wszystkie oczywiste źródła. Pozostał im bardzo mały nadmiar światła. Jest bardzo słabo, ale jest. HST nie jest jedynym detektorem, który to „widzi”. W ramach swojej misji sonda New Horizons zmierzyła tło nieba z odległości od sześciu do ośmiu miliardów kilometrów od Słońca. Co ciekawe, wykrył coś słabego i odległego, nad czym astronomowie wciąż pracują.

Naukowcy twierdzą, że jednym z możliwych wyjaśnień tej szczątkowej poświaty jest delikatna kula pyłu, która odbija światło słoneczne. Uważają, że pył pochodzi z komet, które wpadają do Układu Słonecznego ze wszystkich kierunków. Jeśli potwierdzą, że ta otoczka pyłowa jest prawdziwa, dołączy do inwentarza architektury Układu Słonecznego.

W tym momencie nie ma niezbitego potwierdzenia, że ​​źródłem światła jest powłoka pyłowa utworzona z pyłu komety. Może pochodzić z pozagalaktycznych źródeł tła (prawdopodobnie bardzo słabych galaktyk). Lub może pochodzić z czegoś, co nazywa się pozagalaktycznym światłem tła (EBL), które nie jest przypisane do żadnego konkretnego źródła. Jest to nagromadzone światło z różnych źródeł (w tym między innymi z formowania się gwiazd). Aby uzyskać pełne wyobrażenie o zasięgu tego światła i jego źródle, zespoły kontynuują przeglądanie całego archiwum HST.