Komet Halley. Kredit gambar: MPAE. Klik untuk memperbesar.
Sebagai Profesor Emeritus dari Institut Max Planck, Dr. Kissel memiliki pengabdian seumur hidup untuk mempelajari komet. “Pada awal abad ke-20, ekor komet mengarah ke postulasi dan kemudian ke deteksi 'angin matahari', aliran atom terionisasi yang terus-menerus tertiup angin. Ketika pengamatan astronomi menjadi lebih kuat, semakin banyak konstituen dapat diidentifikasi, baik partikel padat maupun molekul gas, netral dan terionisasi. ” Ketika teknik kami mempelajari pengunjung tata surya luar ini menjadi lebih halus, demikian juga teori kami tentang apa yang mungkin terdiri dari mereka - dan seperti apa bentuknya. Kata Kissel, “Banyak model telah diusulkan untuk menggambarkan penampilan dinamis sebuah komet, dari mana Fred Whipple tampaknya yang paling menjanjikan. Itu mendalilkan nukleus yang terbuat dari air-es dan debu. Di bawah pengaruh matahari, es air akan menyublim dan mempercepat partikel debu di sepanjang jalannya. ”
Namun, mereka adalah sebuah misteri - sebuah misteri yang ingin dipecahkan oleh sains. "Tidak sampai Halley diketahui bahwa banyak komet adalah bagian dari tata surya kita dan mengorbit matahari seperti halnya planet-planet, hanya pada orbit tipe lain dan dengan efek tambahan karena emisi bahan." komentar Kissel. Tetapi hanya dengan mendekat dan pribadi dengan sebuah komet kita dapat menemukan lebih banyak. Dengan kembalinya Halley ke tata surya bagian dalam kita, rencana dibuat untuk menangkap sebuah komet dan namanya adalah Giotto.
Misi Giotto adalah memperoleh foto-foto berwarna dari nukleus, menentukan komposisi unsur dan isotop komponen volatil dalam koma komet, mempelajari molekul induk, dan membantu kita untuk memahami proses fisik dan kimia yang terjadi di atmosfer komet dan ionosfer. Giotto akan menjadi yang pertama menyelidiki sistem makroskopik dari aliran plasma yang dihasilkan dari interaksi angin komet-surya. Yang tertinggi dalam daftar prioritasnya adalah mengukur laju produksi gas dan menentukan komposisi unsur dan isotop partikel debu. Yang penting bagi penyelidikan ilmiah adalah fluks debu - ukuran dan distribusi massa serta rasio debu-ke-gas yang penting. Ketika kamera on-board mencitrakan nukleus dari jarak 596 km - menentukan bentuk dan ukurannya - ia juga memantau struktur dalam koma debu dan mempelajari gas dengan spektrometer massa netral dan ion massa. Seperti yang diduga ilmu pengetahuan, misi Giotto menemukan gas itu sebagian besar air, tetapi mengandung karbon monoksida, karbon dioksida, berbagai hidrokarbon, serta jejak besi dan natrium.
Sebagai pemimpin penelitian tim untuk misi Giotto, Dr. Kissel mengenang, “Ketika misi close up pertama untuk komet 1P / Halley datang, sebuah nukleus secara jelas diidentifikasi pada tahun 1986. Itu juga pertama kalinya partikel debu, komet gas yang dilepaskan dianalisis in situ, yaitu tanpa campur tangan manusia atau transportasi kembali ke tanah. ” Itu adalah saat yang menyenangkan dalam penelitian komet, melalui instrumentasi Giotto, para peneliti seperti Kissel sekarang dapat mempelajari data yang belum pernah ada sebelumnya. “Analisis pertama ini menunjukkan bahwa semua partikel adalah campuran intim dari bahan organik bermassa tinggi dan partikel debu yang sangat kecil. Kejutan terbesar tentu adalah nukleus yang sangat gelap (hanya memantulkan 5% dari cahaya yang menyinari padanya) dan jumlah dan kompleksitas bahan organik. ”
Tapi apakah komet benar-benar sesuatu yang lebih atau hanya bola salju kotor? "Sampai hari ini ada - setahu saya - tidak ada pengukuran yang menunjukkan keberadaan es air padat yang terpapar pada permukaan komet." kata Kissel, “Namun, kami menemukan bahwa air (H2O) sebagai gas dapat dilepaskan oleh reaksi kimia yang terjadi ketika komet semakin panas oleh matahari. Alasannya bisa jadi 'panas laten', yaitu energi yang tersimpan dalam bahan komet yang sangat dingin, yang memperoleh energi melalui radiasi kosmik yang intens sementara debu bepergian melalui ruang antarbintang melalui pemecahan ikatan. Sangat dekat dengan model yang mendebat J. Mayo Greenberg selama bertahun-tahun. ”
Kita sekarang tahu Komet Halley terdiri dari bahan paling primitif yang kita kenal di tata surya. Dengan pengecualian nitrogen, unsur-unsur cahaya yang ditampilkan sangat mirip dalam kelimpahan dengan Matahari kita sendiri. Beberapa ribu partikel debu ditentukan sebagai hidrogen, karbon, nitrogen, oksigen - serta elemen pembentuk mineral seperti natrium, magnesium, silikon, kalsium, dan besi. Karena unsur-unsur yang lebih ringan ditemukan jauh dari inti, kami tahu itu bukan partikel es komet. Dari penelitian kami tentang kimia gas antarbintang yang mengelilingi bintang, kami telah belajar bagaimana molekul rantai karbon bereaksi terhadap unsur-unsur seperti nitrogen, oksigen, dan sebagian kecil, hidrogen. Dalam ruang yang sangat dingin, mereka dapat berpolimerisasi - mengubah susunan molekul senyawa ini menjadi baru. Mereka akan memiliki komposisi persentase yang sama dari aslinya, tetapi berat molekul lebih besar dan sifat yang berbeda. Tapi apa sajakah properti itu?
Berkat beberapa informasi yang sangat akurat dari pertemuan dekat probe dengan Comet Halley, Ranjan Gupta dari Pusat Astronomi dan Astrofisika Antar Universitas (IUCAA) dan rekan-rekannya telah membuat beberapa temuan yang sangat menarik dengan komposisi debu komet dan sifat hambur. Karena misi awal untuk komet adalah "fly-bys", semua materi yang ditangkap dianalisis di tempat. Jenis analisis ini menunjukkan bahwa bahan komet umumnya merupakan campuran silikat dan karbon dalam struktur amorf dan kristal yang terbentuk dalam matriks. Setelah air menguap, ukuran butiran ini berkisar dari sub-mikron ke mikron dan sangat berpori di alam - mengandung bentuk tidak bulat dan tidak beraturan.
Menurut Gupta, sebagian besar model awal hamburan cahaya dari butiran seperti itu “didasarkan pada bola padat dengan teori Mie konvensional dan hanya dalam beberapa tahun terakhir - ketika misi ruang angkasa memberikan bukti kuat terhadap hal ini - memiliki model baru telah dikembangkan di mana -butir berpori dan berpori telah digunakan untuk mereproduksi fenomena yang diamati ”. Dalam hal ini, polarisasi linier dihasilkan oleh komet dari cahaya matahari. Terbatas pada bidang - arah dari mana cahaya tersebar - ia bervariasi menurut posisi saat komet mendekat atau surut dari Matahari. Seperti yang dijelaskan Gupta, "Fitur penting dari kurva polarisasi ini versus sudut hamburan (disebut geometri komet matahari-bumi-komet) adalah bahwa ada beberapa derajat polarisasi negatif."
Dikenal sebagai 'hamburan kembali', negativitas ini terjadi ketika memantau panjang gelombang tunggal - cahaya monokromatik. Algoritma Mie memodelkan semua proses hamburan yang diterima yang disebabkan oleh bentuk bola, dengan mempertimbangkan pantulan eksternal, beberapa pantulan internal, transmisi dan gelombang permukaan. Intensitas cahaya yang tersebar ini berfungsi sebagai fungsi sudut, di mana 0? menyiratkan hamburan ke depan, jauh dari lampu arah asli, sedangkan 180? menyiratkan kembali hamburan - penghargaan kembali sumber cahaya.
Menurut Gupta, "Hamburan punggung terlihat di sebagian besar komet pada umumnya di pita yang terlihat dan untuk beberapa komet di pita dekat-infra merah (NIR)." Pada saat ini, model yang mencoba mereproduksi aspek polarisasi negatif ini pada sudut hamburan tinggi memiliki keberhasilan yang sangat terbatas.
Studi mereka telah menggunakan DDA yang dimodifikasi (pendekatan dipol diskrit) - di mana setiap butiran debu diasumsikan sebagai array dipol. Sejumlah besar molekul dapat mengandung ikatan antara ekstrem ionik dan kovalen. Perbedaan antara keelektronegatifan atom-atom dalam molekul cukup memadai sehingga elektron tidak terbagi secara merata - tetapi cukup kecil sehingga elektron tidak hanya tertarik pada salah satu atom untuk membentuk ion positif dan negatif. Jenis ikatan dalam molekul ini dikenal sebagai kutub. karena memiliki ujung positif dan negatif - atau kutub - dan molekul memiliki momen dipol.
Dipol ini berinteraksi satu sama lain untuk menghasilkan efek hamburan cahaya seperti kepunahan - bola yang lebih besar dari panjang gelombang cahaya akan menghalangi cahaya monokromatik dan putih - dan polarisasi - hamburan gelombang cahaya yang masuk. Dengan menggunakan model butiran komposit dengan matriks grafit dan spheroid silikat, rentang ukuran butir yang sangat spesifik mungkin diperlukan untuk menjelaskan sifat yang diamati dalam debu komet. “Namun, model kami juga tidak dapat mereproduksi cabang negatif polarisasi yang diamati di beberapa komet. Tidak semua komet menunjukkan fenomena ini dalam pita NIR 2,2 mikron. ”
Model butiran komposit ini dikembangkan oleh Gupta et al; perlu disempurnakan lebih lanjut untuk menjelaskan cabang polarisasi negatif, serta jumlah polarisasi dalam berbagai panjang gelombang. Dalam hal ini, ini adalah efek warna dengan polarisasi lebih tinggi dalam warna merah daripada lampu hijau. Simulasi laboratorium yang lebih luas dari butiran komposit akan datang dan "Studi tentang sifat hamburan cahaya mereka akan membantu dalam memperbaiki model seperti itu."
Awal kesuksesan manusia dalam mengikuti jejak debu komet ini dimulai dengan Halley. Vega 1, Vega 2 dan Giotto menyediakan model yang dibutuhkan untuk peralatan penelitian yang lebih baik. Pada Mei 2000, Drs. Franz R. Krueger dan Jochen Kissel dari Max Planck Institute menerbitkan temuan mereka sebagai "Analisis Kimia Langsung Pertama Debu Antarbintang". Kissel berkata, “Tiga dari spektrometer massa benturan debu kami (PIA di papan GIOTTO, dan PUMA-1 dan -2 di kapal VEGA-1 dan -2) bertemu dengan Comet Halley. Dengan itu kami dapat menentukan komposisi dasar debu komet. Namun, informasi molekuler hanya bersifat marjinal. ” Pertemuan dekat Deep Space 1 dengan Comet Borrelly mengembalikan gambar terbaik dan data sains lainnya yang diterima sejauh ini. Pada Tim Borelly, Dr. Kissel menjawab, "Misi yang lebih baru untuk Borrelly (dan STARDUST) menunjukkan detail yang menarik dari permukaan komet seperti lereng curam 200m yang curam dan puncak menara dengan lebar 20m dan tinggi 200m."
Meskipun banyak masalah misi, Deep Space 1 terbukti sukses total. Menurut Mission Mark, Dr. Ray Ray 18 Desember 2001, “Kekayaan data sains dan teknik yang dikembalikan oleh misi ini akan dianalisis dan digunakan untuk tahun-tahun mendatang. Pengujian teknologi canggih yang berisiko tinggi berarti bahwa banyak misi penting di masa depan yang jika tidak akan terjangkau atau bahkan tidak mungkin sekarang berada dalam jangkauan kita. Dan seperti yang diketahui semua pembaca makroskopis, panen ilmiah yang kaya dari komet Borrelly memberi para ilmuwan wawasan baru yang menarik tentang anggota-anggota penting dari keluarga tata surya ini. "
Sekarang Stardust telah mengambil investigasi kami hanya selangkah lebih maju. Mengumpulkan partikel-partikel primitif ini dari Comet Wild 2, butiran debu akan disimpan dengan aman di dalam aerogel untuk dipelajari setelah kembalinya probe. Donald Brownlee dari NASA mengatakan, “Debu komet juga akan dipelajari secara real time oleh spektrometer massa waktu penerbangan yang berasal dari instrumen PIA yang dibawa ke komet Halley dalam misi Giotto. Instrumen ini akan memberikan data tentang bahan partikel organik yang mungkin tidak selamat dari penangkapan aerogel, dan itu akan memberikan set data yang sangat berharga yang dapat digunakan untuk mengevaluasi keanekaragaman di antara komet dengan membandingkannya dengan data debu Halley yang direkam dengan teknik yang sama. "
Partikel-partikel ini mungkin berisi jawaban, yang menjelaskan bagaimana debu dan komet antarbintang dapat menabur kehidupan di Bumi dengan menyediakan elemen fisik dan kimia yang penting untuk pengembangannya. Menurut Browlee, "Stardust menangkap ribuan partikel komet yang akan dikembalikan ke Bumi untuk dianalisis, secara terperinci, oleh para peneliti di seluruh dunia." Sampel debu ini akan memungkinkan kita untuk melihat kembali sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu - mengajar kita tentang sifat dasar butir antarbintang dan bahan padat lainnya - blok bangunan utama tata surya kita. Kedua atom yang ditemukan di Bumi dan di tubuh kita sendiri mengandung bahan yang sama seperti yang dilepaskan oleh komet.
Dan itu terus membaik. Sekarang dalam perjalanan ke Comet Comet 67 P / Churyumov-Gerasimenko, Rosetta ESA akan menggali lebih dalam ke dalam misteri komet saat ia mencoba pendaratan yang sukses di permukaan. Menurut ESA, peralatan seperti "Grain Impact Analyzer dan Dust Accumulator (GIADA) akan mengukur jumlah, massa, momentum, dan distribusi kecepatan butiran debu yang berasal dari inti komet dan dari arah lain (tercermin oleh tekanan radiasi matahari) - sementara Sistem Analisis Debu Mikro-Pencitraan (MIDAS) akan mempelajari lingkungan debu di sekitar komet. Ini akan memberikan informasi tentang populasi partikel, ukuran, volume, dan bentuk. "
Sebuah partikel komet tunggal dapat menjadi gabungan dari jutaan butir debu antarbintang individu, yang memungkinkan kita wawasan baru tentang proses galaksi dan nebular yang meningkatkan pemahaman kita tentang komet dan bintang. Sama seperti kami telah menghasilkan asam amino dalam kondisi laboratorium yang mensimulasikan apa yang mungkin terjadi dalam komet, sebagian besar informasi kami telah diperoleh secara tidak langsung. Dengan memahami polarisasi, penyerapan panjang gelombang, sifat hamburan dan bentuk fitur silikat, kami memperoleh pengetahuan berharga ke dalam sifat fisik dari apa yang belum kami eksplorasi. Tujuan Rosetta adalah membawa pendarat ke inti komet dan menyebarkannya di permukaan. Ilmu pendarat akan fokus pada studi in-situ tentang komposisi dan struktur nukleus - studi yang tak tertandingi dari materi komet - memberikan peneliti seperti informasi berharga Dr. Jochen Kissel.
Pada 4 Juli 2005, misi Deep Impact akan tiba di Comet Temple 1. Terkubur di bawah permukaannya mungkin lebih banyak jawaban. Dalam upaya untuk membentuk kawah baru di permukaan komet, massa seberat 370 kg akan dilepaskan untuk mempengaruhi sisi Tempel 1 yang diterangi matahari. Hasilnya adalah pengusiran baru partikel es dan debu dan akan memajukan pemahaman kita tentang komet dengan mengamati perubahan aktivitas. Pesawat terbang akan memantau struktur dan komposisi interior kawah - menyampaikan data kembali ke pakar debu komersial Bumi, Kissel. “Deep Impact akan menjadi yang pertama untuk mensimulasikan peristiwa alam, dampak dari benda padat ke inti komet. Keuntungannya adalah bahwa waktu tumbukan diketahui dengan baik dan pesawat ruang angkasa yang dilengkapi dengan baik ada di sekitar, ketika tumbukan terjadi. Ini pasti akan memberikan informasi tentang apa yang ada di bawah permukaan tempat kami memiliki gambar oleh misi sebelumnya. Banyak teori telah dirumuskan untuk menggambarkan perilaku termal dari inti komet, yang membutuhkan kerak tebal atau tipis dan atau fitur lainnya. Saya yakin semua model ini harus dipuji oleh yang baru setelah Deep Impact. "
Setelah penelitian komet seumur hidup, Dr. Kissel masih mengikuti jejak debu, “Ini adalah daya tarik penelitian komet bahwa setelah setiap pengukuran baru ada fakta baru, yang menunjukkan kepada kita, betapa salahnya kita. Dan itu masih pada tingkat yang agak global. " Ketika metode kami meningkat, demikian juga pemahaman kami tentang pengunjung dari Oort Cloud. Kata Kissel, "Situasinya tidak sederhana dan karena banyak model sederhana menggambarkan kegiatan komet global dengan cukup baik, sementara detailnya masih harus dikerjakan, dan model termasuk aspek kimia belum tersedia." Bagi seorang pria yang telah berada di sana sejak awal, bekerja dengan Deep Impact melanjutkan kariernya yang terhormat. "Sangat menyenangkan untuk menjadi bagian darinya," kata Dr. Kissel, "dan saya ingin melihat apa yang terjadi setelah Deep Impact dan bersyukur menjadi bagian darinya."
Untuk pertama kalinya, penelitian akan berjalan dengan baik di bawah permukaan komet, mengungkapkan bahan murni - tidak tersentuh sejak pembentukannya. Apa yang ada di bawah permukaan? Mari kita berharap spektroskopi menunjukkan karbon, hidrogen, nitrogen, dan oksigen. Ini dikenal untuk menghasilkan molekul organik, dimulai dengan hidrokarbon dasar, seperti metana. Apakah proses ini akan meningkatkan kompleksitas untuk membuat polimer? Akankah kita menemukan dasar untuk karbohidrat, sakarida, lipid, gliserida, protein dan enzim? Mengikuti jejak debu mungkin akan mengarah pada fondasi yang paling spektakuler dari semua bahan organik - asam deoksiribonukleat - DNA.
Ditulis oleh Tammy Plotner
