Descoperirea oxigenului molecular în coada unei comete ridică noi întrebări privind formarea Sistemului Solar

Oamenii de ştiinţă au detectat, pentru prima dată, oxigen molecular (O2) în coada unei comete, norul de gaz din jurul unei comete care se formează atunci când aceasta se deplasează în apropierea Soarelui. Descoperirea a fost făcută de către sonda spaţială Rosetta, lansată de către Agenția Spațială Europeană, care se roteşte în jurul cometei 67P/Churyumov-Gerasimenkosi. Această descoperire contrazice concepţia actuală cu privire la formarea Sistemului Solar.

Concluziile cercetătorilor, publicate în revista Nature, au reprezentat o surpriză totală pentru oamenii de ştiinţă.

Oamenii de ştiinţă au fost surprinşi să descopere oxigen molecular în coada cometei 67P. Credit: ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-ND

Originea oxigenului molecular

Oxigenul este unul dintre elementele cele mai abundente din galaxia noastră și din Sistemul Solar. Chiar şi pe Pământ, oxigenul molecular liber constituie aproximativ 20% din atmosfera terestră. Şi atunci, de ce este atât de importantă descoperirea oxigenului într-o cometă?

Oxigenul se leagă uşor cu alte elemente chimice abundente, cum ar fi hidrogenul (H) sau carbonul (C) pentru a forma apa (H2O) sau dioxidul de carbon (CO2). Pentru a obţine din nou oxigen din aceste molecule, trebuie să consumăm energie pentru a le desface.

Nivelul ridicat de oxigen din atmosfera terestră se menţine datorită procesului de fotosinteză prin care se generează în permanență oxigen. Dacă o atmosferă la fel de bogată în oxigen precum cea a Pământului ar fi descoperită în jurul unei planete care orbitează în jurul unei alte stele decât Soarele, atunci cea mai probabilă explicație ar fi existenţa vieții pe acea planetă. Dar viața nu are nimic de-a face cu oxigenul de pe cometa 67P. Deși această cometă conține unele dintre pietrele de temelie ale vieţii, aceasta nu oferă condițiile necesare asamblării acestora.

Cometa ISON şi coada sa. Conţine aceasta oxigen molecular? Credit: NASA/Flickr, CC BY-SA

Apa, monoxidul de carbon și dioxidul de carbon sunt gazele dominante din coada unei comete. Autorii studiului exclud posibilitatea ca oxigenul să provină de pe sonda spaţială sau să fi rezultat ca urmare a unor reacții chimice cu gazul propulsor al sondei spaţiale. Alte explicații presupun existenţa unor reacții chimice sau interacțiunea cu radiațiile din spaţiul cosmic, cum ar fi radiaţia ultravioletă care ar putea scinda, de asemenea, moleculele existente pentru a elibera oxigenul.

Cantitățile mici de oxigen care au fost observate pe unele corpuri de gheață, cum ar fi sateliţii lui Jupiter – Europa, Ganymede și Callisto, precum și în inelele lui Saturn, sunt produse prin scindarea moleculei de apă sau a moleculelor de dioxid de carbon de către radiaţia ultravioletă (fotoliză) sau de către radiaţiile de energie mai mare (radioliză). Cu toate acestea, cercetătorii au măsurat o degajare constantă de oxigen pe măsură ce cometa 67P se apropia de Soare, ceea ce sugerează că oxigenul este distribuit uniform în nucleul înghețat al acesteia și nu este rezultatul fotolizei sau radiolizei din momentul formării cometei.

Cometele din Sistemul Solar conțin materie rămasă în urma formării planetelor. Aceasta înseamnă că trebuie să ne întoarcem înapoi în timp, până în momentul în care Sistemului Solar s-a format dintr-o nebuloasă solară sau dintr-un disc protoplanetar, pentru a înțelege cum a ajuns oxigenul acolo. Cometele pot conţine oxigen pe măsură ce se măresc prin acumularea de gheață și de mici boabe de praf şi ele păstrează oxigenul din momentul formării lor până în zilele noastre. Cometele sunt, într-adevăr, cele mai curate resturi ale procesului de formare a Sistemului Solar din urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani deoarece oxigenul se află încă acolo.

Dacă în coada cometei 67P s-a descoperit oxigen, există asemenea măsurători și pentru alte comete? Din păcate, este dificil să detectăm oxigenul pe baza observațiilor cu ajutorul telescoapelor. În prezent oamenii de ştiinţă reanalizează datele obţinute cu ocazia apropierii de Soare a cometei Halley din urmă cu aproape 30 de ani.

Indicii cu privire la formarea Sistemului Solar

Nu există niciun motiv să se presupună că oxigenul din cometa 67P reprezintă un caz unic. În consecinţă, ce ne spune prezența oxigenului liber cu privire la condițiile din nebuloasa solară sau discul protoplanetar din care s-a format Sistemul Solar?

Oxigenul liber este rareori observat în nebuloasele interstelare, aşa încât nu ne așteptăm ca acesta să fi fost prezent atunci când s-a format Sistemul Solar. Există însă și excepții, iar una dintre acestea ar putea reprezenta cheia pentru înţelegerea misterului. Norul ρ Ophiuchi are o temperatură ușor mai mare, 20-30 K (-253° C până la -243° C), decât temperatura medie a norilor interstelari care este de aproximativ 10 K (-263° C). Cantitatea de oxigen în raport cu apa din acest nor „cald” este comparabilă cu cea observată în coada cometei 67P. O temperatură puțin mai mare ar face ca oxigenul să sublimeze în loc să condenseze sub formă de lichid pe suprafața gheţii și a particulelor de praf unde ar reacționa cu hidrogenul pentru a forma apa.

Acest lucru înseamnă că Sistemul Solar s-ar fi putut forma dintr-un nor neobișnuit de cald, cauza acestei temperaturi ridicate nefiind cunoscută.

Să sperăm că viitoarele studii vor clarifica succesiunea de evenimente care au avut loc în primele etape de formare a Sistemului Solar. Misiunea sondei spaţiale Rosetta ne oferă posibilitatea de a „privi” în trecut într-o perioadă anterioară formării planetelor. Ne putem aștepta la noi surprize din partea cometei 67P.

Traducere după Discovery of molecular oxygen in comet tail forces rethink on how the solar system formed