Гадкий утёнок: органика на поверхности кометы Чурюмова-Герасименко по данным VIRTIS/Rosetta

Capaccioni et al., The organic-rich surface of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko as seen by VIRTIS/Rosetta. Science, 347, aaa0628-1, 2015

В статье представлены результаты спектральных наблюдений поверхности ядра кометы Чурюмова-Герасименко, выполненных в период с августа по сентябрь 2014 года при помощи спектрометра VIRTIS, работающего в диапазоне от 0.25 до 5 мкм. Спектры всех трёх частей кометы («голова», «шея», «туловище») обладают следующими общими характеристиками: низкое альбедо (0.06; согласуется с другими данными), заметное поглощение в диапазоне 2.9-3.6 мкм, наклонный спектр (рост интенсивности с длиной волны) в диапазоне 0.5-0.8 мкм, изменение наклона спектра на длине волны 1 мкм и более пологий спектр в диапазоне от 1 до 2 мкм.

Дневная температура поверхности заключена в пределах от 180 до 230 К. Важной особенностью спектров является отсутствие полос поглощения воды. Это говорит о том, что на поверхности кометы нет больших участков, покрытых льдом. Отсутствие льда, а также относительно высокая температура поверхности свидетельствуют, что, по крайней мере, верхние несколько сотен микрон ядра представляют собой тёмное дегидратированное вещество.

Наиболее заметной деталью спектра является полоса поглощения, протянувшаяся от 2.9 до 3.6 мкм. Полоса довольно асимметрична, с более крутым наклоном с коротковолновой стороны. Центр полосы приходится на длины волн 3.2-3.3 мкм. По поверхности ядра параметры полосы меняются довольно слабо, с наибольшими вариациями в области «шеи», где полоса становится глубже, вероятно, из-за небольшого вклада льда. В остальном поверхность кометы (по крайней мере, при разрешении представленных наблюдений) выглядит достаточно однородной по составу. Авторы делают вывод, что «космическое выветривание» на наблюдаемый состав кометы повлияло незначительно, и то вещество, которое наблюдается на поверхности кометы, позволяет судить и в целом о составе ядра.

Спектр ядра кометы сравнивался со спектрами углистых хондритов и оказался непохожим на них. Изгиб спектра у метеоритов приходится на длину волны 0.6 мкм, а не 1 мкм, как у кометы. Полоса поглощения есть и в спектрах метеоритов, где она связана, главным образом, с водой и гидроксилом. Но по сравнению с полосой поглощения в спектре кометы она существенно сдвинута в коротковолновую область. Форма полосы в спектре кометы и её положение не согласуется также и со спектрами астероидов.

В общем, полоса поглощения в спектре кометы Чурюмова-Герасименко существенно отличается от полос поглощения в спектрах других тел Солнечной системы. Интересно, что в спектрах других комет семейства Юпитера, в отличие от кометы ЧГ, видна полоса поглощения водяного льда и предварительно идентифицированная слабая полоса на длине волны 2.39 мкм, вероятно, принадлежащая углеводородам. Масс-спектроскопия пылинок, выброшенных из ядра кометы Вильда-2, позволила выявить наличие алифатических и ароматических соединений, кислот и спиртов, но в спектре ядра той же кометы они себя никак не проявили, видимо, в силу меньшего количества.

Вообще, участок спектра вблизи 3 мкм изобилует различными деталями, которые возникают в результате колебательного возбуждения связей атомов водорода с атомами более тяжёлых элементов. Наиболее подходящими кандидатами представляются связи O-H и C-H. Тонкая структура полосы поглощения указывает, что её происхождение связано со сложной смесью алифатических и ароматических связей C-H (хотя уверенно говорить об их наличии всё-таки пока нельзя). Полоса также согласуется с возможным наличием групп OH в составе кислот и спиртов, внедрённых в макромолекулярное органическое твёрдое вещество. Хорошо известно, что эти группы ответственны за образование полос поглощения в спектрах нерастворимого органического вещества примитивных метеоритов. Положение и форма полосы зависит от соотношения спиртов и кислот, чем отчасти могут объясняться её вариации на различных участках поверхности кометы.