Международная команда ученых впервые экспериментальным путем подтвердила теоретическое предсказание о природе свечения комет, которое было высказано еще в 1930-х годах Герхардом Херцбергом, лауреатом Нобелевской премии по химии.
Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, а коротко о нем сообщается на сайте Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее (Австралия). Исследователи решили проверить давнюю теорию о причинах необычного свечения комет.
Как известно, видимые нам кометы периодически выбрасываются из пояса Койпера и Облака Оорта и летят по направлению к Солнцу. Собой они представляют обломки материала, из которого порядка 4,6 миллиарда лет назад сформировалась наша Солнечная система.
Астрономам известно, что на пути к Солнцу эти кометы претерпевают довольно яркие и красочные метаморфозы. В частности, их головная часть в какой-то момент приобретает сияющий зеленый цвет, который по мере приближения к Солнцу становится все более ярким.
Многолетней загадкой для ученых является распределение этого свечения по комете. Зеленый цвет исчезает прежде, чем он может добраться до одного или двух хвостов, которые тянутся за кометой. Почти столетие астрономы, физики и химики ломали голову над этой загадкой.
В новом исследовании ученые пошли по сравнительно простому пути: они решили проверить экспериментальным путем правомерность гипотезы, выдвинутой в 1930-х годах немецким физиком Герхардом Херцбергом, будущим Нобелевским лауреатом (премию по химии он получил в 1971 году).
Физик предположил, что свечение комет вызывается воздействием Солнца. Херцберг считал, что солнечный свет разрушает двухатомный углерод, также известный как дикарбон. По его мнению, это химическое вещество образовывается на "голове" кометы под влиянием солнечных лучей, а затем исчезает.
При жизни Херцберг так и не узнал, справедливо ли его предсказание. Только в наши дни появилось оборудование, которое позволило проверить гипотезу экспериментально. Долгое время этого не удавалось сделать, поскольку дикарбон очень нестабилен. Да и в новом исследовании ученым потребовалось девять месяцев, прежде чем они получили первые результаты.
В лаборатории исследователи смоделировали условия, в которых находится комета, приближающаяся к Солнцу. Известно, что на кометах присутствуют органические молекулы, богатые углеродом. В экспериментах ученые воздействовали на такую органику "солнечными лучами", роль которых играли лазеры.
Сам эксперимент проводился с помощью вакуумной камеры длиной около двух метров. По словам профессора химии Тимоти Шмидта, ведущего автора работы, команде пришлось буквально создать необходимую для опытов молекулу. Она была получена в результате взрыва молекулы перхлорэтилена с помощью мощного ультрафиолетового лазера.
Благодаря этому ученым удалось получить молекулы дикарбона, которые затем отправлялись "путешествовать" через газовый луч в вакуумной камере. При этом команда направляла на дикарбон еще два лазера. Радиация первого из них разрывала дикарбон на части, а второй лазер помогал ученым фиксировать скорость разлетающихся атомов углеродов.
Анализируя скорость этих быстро движущихся атомов, команда смогла измерить прочность углеродной связи. В результате экспериментаторы получили и зеленое свечение, и результаты, предсказанные Херцбергом еще около 90 лет назад. Этот эксперимент стал первым, при котором ученые наблюдали воочию химическую реакцию, до сих пор существовавшую лишь в теории.