Varför finns det så lite kväve i Comet 67P / Churyumov-Gerasimenko (67P)? Det är en fråga som forskarna ställde sig när de tittade på uppgifterna från ESA: s Rosetta-rymdskepp. Det är faktiskt en fråga de ställer sig själva varje gång de mäter gaserna i en komas koma. När Rosetta besökte kometen 2014, mätte den gaserna och fann att det fanns mycket lite kväve.
I två nya artiklar publicerade i Nature Astronomy föreslår forskare att kvävet inte alls saknar, det är bara gömt i livets byggstenar.
Rosetta lanserades 2004 och tog tio år för att nå sitt mål, Comet 67P. Den tillbringade ungefär två år på att studera den innan den slutade sitt uppdrag genom att krascha in i kometen. Rosetta skickade också landaren Philae till ytan, och trots en svår landning som kramade sitt uppdrag kunde landaren fortfarande ta bilder från kometens yta.
Det var för tre år sedan, och forskare arbetar fortfarande igenom uppgifterna.
"Även om Rosetta-verksamheten avslutades för över tre år sedan erbjuder den oss fortfarande en otrolig mängd ny vetenskap och är fortfarande ett riktigt banbrytande uppdrag."
Matt Taylor, ESA: s Rosetta Project Scientist.
Kometer är till stor del isbollar, och när Comet 67P närmade sig solen sublimerade värmen materialet från kometen in i sitt koma, en gasformig, disig klump som omger kometen. När Rosetta analyserade koma innehöll den de förväntade mängderna kemikalier som syre och kol, men tappades ut kväve.
"Anledningen till denna kväveutarmning har förblivit en viktig öppen fråga inom ekonomisk vetenskap," sade Kathrin Altwegg från University of Bern, Schweiz, huvudutredare för Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analyse (ROSINA) instrument och huvudförfattare till en ny studie.
När de konfronterades med detta saknade kväve tidigare trodde forskare att N2 (molekylärt kväve) var för flyktigt för att kondensera till kometär is när kometen bildades. En annan möjlig förklaring är att det kan ha gått förlorat under solsystemets livslängd på cirka 4,6 miljarder år. Men dessa nya studier presenterar bevis som rabatterar dessa förklaringar.
"Med ROSINA-observationer av Comet 67P upptäckte vi att detta" saknade "kväve faktiskt kan vara bundet i ammoniumsalter som är svåra att upptäcka i rymden," sade Altwegg i ett pressmeddelande.
"Att hitta ammoniumsalter på kometen är oerhört spännande ur astrobiologiskt perspektiv."
Kathrin Altwegg, huvudutredare, Rosetta Orbiter spektrometer för jon och neutral analys (ROSINA)
Ett av de nya tidningarna heter "Bevis på ammoniumsalter i kometen 67P som förklaring för kväveutarmningen i kometärkoma." Flyktigt kväve i en komas koma generellt transporteras i NH3 (Ammoniak) och HCN (vätecyanid.) Ammoniak kan lätt kombineras med andra syror som HCN, HNCO (isocyaninsyra) och HCOOH (myrsyra) för att bilda ammoniumsalter. Ammoniumsalterna finns i de låga temperaturerna i komis och i det interstellära mediet.
Ammoniumsalter kan spela en viktig roll i livets byggstenar. De tros vara föregångarna till livet och är utgångsföreningarna för mer komplexa molekyler som urea och aminosyran glycin. Men de är svåra att upptäcka i rymden. De är flyktiga och instabila som en gas, och deras infraröda signal kan vara dold och svår att upptäcka.
Tanken att kometer innehåller livets byggstenar och spelar någon form av roll för att sprida dem i solsystemet är en gammal. Under de första åren bombades jorden av kometer som förde vatten - och förmodligen byggstenarna - till jorden. 2016 bekräftades den idén när Rosetta upptäckte både glycin och fosfor i 67Ps koma.
Denna idé är känd som 'molekylär panspermia' och den säger att livets byggstenar smiddes i rymden och införlivades i solnebulan. När planeterna kondenserade ut ur den nebula, gick dessa byggstenar med på åkturen. De distribuerades också kontinuerligt över solsystemet av kometer och andra kroppar.
"Att hitta ammoniumsalter på kometen är oerhört spännande ur astrobiologiskt perspektiv," tilllade Altwegg. "Denna upptäckt belyser hur mycket vi kan lära av dessa spännande himmelsföremål."
Det fanns några dramatiska stunder bakom denna upptäckt för Altwegg och de andra forskarna. De använde data från Rosettas närmaste inställning till kometen, när det var bara 1,9 km (1,18 mi) ovanför, väl inne i den dammiga, dimmiga komaen. Att sätta rymdskeppet i den positionen var en riskfylld manöver, och de kunde inte kommunicera med Rosetta då.
"På grund av den dammiga miljön vid kometen och jordens rotation kunde vi inte enkelt kommunicera med Rosetta via våra antenner vid den tiden och var tvungna att vänta till nästa morgon för att återupprätta vår kommunikationslänk," sade Altwegg i en pressmeddelande.
”Ingen av oss sov bra den natten! Men både Rosetta och ROSINA slutade uppträda perfekt, utan att mäta felaktigt de mest rikligaste och mest mångsidiga massspektra ännu, och avslöjade många föreningar som vi aldrig hade sett på 67P tidigare. ”
Den andra nya studien heter "Infraröd detektion av alifatiska organiska ämnen på en kärnkärna." Huvudförfattare är Andrea Raponi från INAF, National Institute for Astrophysics i Italien. Det är centrerat på data som samlats in med Rosettas instrument för synlig och infraröd termisk avbildning (VIRTIS).
I det uppsatsen presenterar forskarna upptäckten av alifatiska organiska föreningar på 67P. De är kedjor av väte och kol, och de bygger också livets block. Detta är första gången dessa organiska föreningar hittas på ytan av en komets kärna.
"Var - och när - dessa alifatiska föreningar kommer från är oerhört viktiga, eftersom de anses vara väsentliga byggstenar i livet som vi känner till det," förklarade huvudförfattaren Raponi.
"Ursprunget till material som detta som finns i kometer är avgörande för vår förståelse av inte bara vårt solsystem, utan planetariska system i hela universum," sade Raponi.
Molekylär panspermia bekräftad?
Dessa alifatiska byggstenar bildades inte på själva kometen. Forskare tror att de bildades i det interstellära mediet, eller i den unga fortfarande bildande solen.
"Inspirerande upptäckter som dessa hjälper oss att förstå mycket mer om inte bara kometerna själva, utan historien, kännetecknen och utvecklingen i hela vårt kosmiska grannskap."
Matt Taylor, ESA: s Rosetta Project Scientist
Författarna till det andra uppsatsen fann också starka sammansättningslikheter mellan 67P och andra kolrika yttre solsystemobjekt.
"Vi fann att kärnan i Comet 67P har en sammansättning som liknar det interstellära mediet, vilket indikerar att kometen innehåller oförändrat presolärt material," säger studieförfattaren Fabrizio Capaccioni, också för INAF och huvudutredare för VIRTIS.
"Denna sammansättning delas också av asteroider och några meteoriter som vi har hittat på jorden, vilket tyder på att dessa forntida, klippiga kroppar låste upp olika föreningar från urskölden som fortsatte att bilda solsystemet."
"Detta kan betyda att åtminstone en bråkdel av de organiska föreningarna i det tidiga solsystemet kom direkt från det bredare interstellära mediet - och därmed att andra planetsystem också kan ha tillgång till dessa föreningar," tillägger Raponi.
Trots att Rosetta-uppdraget avslutades för mer än tre år sedan när rymdskeppet skickades kraschade in i kometen, kämpar forskarna fortfarande igenom uppgifterna och lär känna det. Detta speglar andra uppdrag som Cassini-uppdraget till Saturn. Det rymdskeppet skickades till dess bortgång för över två år sedan, och forskare publicerar fortfarande nya artiklar baserade på dess data.
"Även om Rosetta-verksamheten avslutades för över tre år sedan erbjuder den oss fortfarande en otrolig mängd ny vetenskap och är fortfarande ett riktigt banbrytande uppdrag," tillägger Matt Taylor, ESA: s Rosetta Project Scientist.
”Dessa studier tog upp ett par öppna frågor inom kometervetenskapen: varför kometer tappas ut i kväve och var kometerna fick sitt material från. Inspirerande upptäckter som dessa hjälper oss att förstå en hel del mer om inte bara kometer själva, utan historien, kännetecknen och utvecklingen i hela vårt kosmiska grannskap, ”sa Taylor.
Vid en tidpunkt övervägde NASA att skicka sitt eget rymdskepp till 67P. Det kallades CAESAR (Comet Astrobiology Exploration Sample Return) och som namnet tydliggör skulle det ta tillbaka ett prov för studie. Det hade varit fantastiskt. Men det uppdraget var en av två finalister i en urvalsprocess. Den andra var Dragonfly-uppdraget, som skulle skicka ett rotorfarkost till Saturns måne Titan. I juni 2019 valdes Dragonfly-uppdraget utöver CAESAR.
NASA har för närvarande inga planerade uppdrag till kometer. Men ESA planerar sitt Comet Interceptor-uppdrag. Det kommer att vara det första uppdraget att besöka en orörd komet som inte har besökt det inre solsystemet tidigare. Det exakta målet har ännu inte valts.
Mer:
- Pressmeddelande: BYGGANDE BLOCKER AV LIV FÖRFOTTA PÅ ROSETTAS KOMETTIPS MED Sammansättningen av dess födelseplats
- Forskningsdokument: Bevis på ammoniumsalter i komet 67P som förklaring för kväveutarmningen i kometärkoma
- Forskningsdokument: Infraröd detektion av alifatiska organiska ämnen i en kärnkärna
