彗星攜帶著太陽系形成時遺留下來的大塊冰和塵埃,偶爾會從太陽系寒冷的邊界冒險穿越地球。早在公元1930年,後來因對自由基和其他分子的研究而獲得諾貝爾獎的格哈德·赫爾茨貝格就推測,綠色彗星發光背後的過程可能涉及壹種由兩個碳原子組成的分子,稱為二氧化碳。發表在《美國國家科學院院刊》上的壹項新研究驗證了赫茲伯格的理論。
澳大利亞悉尼新南威爾士大學的化學家蒂姆·施密特(Tim Schmidt)說,二氧化碳非常活潑,研究小組無法從瓶子中獲取。在太空中,它存在於恒星、星雲和彗星中。但是當暴露在地球大氣中的氧氣中時,二氧化碳會迅速反應並“燃燒”,施密特說。
施密特說,這是科學家第壹次能夠準確地研究分子在強紫外線下如何分解。在實驗室中,團隊必須使用壹個真空室和三種不同的紫外激光器來模擬近地空間的環境。因為二氧化碳的反應太快了,所以他們不得不用激光切斷壹個更大的分子來就地合成。
施密特說,他們證實彗星的綠光來自碳分子,碳分子在太空中受到太陽光照射時可以吸收並發出可見光。赫爾茨貝格的二氧化碳理論是正確的,他說,即使它在機理上不正確——但它是在1930年代,施密特說,所以“它應該被理解。”
在彗星中,當陽光加熱冰時,會形成兩種碳,其中壹些可能由乙炔構成,乙炔是氫和碳的混合物,在地球上用作氣體和焊接燃料。施密特說,當彗星中更復雜的有機分子分解時,可以在太空中產生。
氫原子從乙炔分子中分離出來。沒有它們,碳原子之間的鍵會“重新收緊”形成雙碳分子。
當太陽加熱彗星中的分子時,它們獲得能量並發光,但在它們到達尾部太遠之前,它們將分解成單個碳原子。這就解釋了為什麽綠光只存在於彗星的身體周圍,而不是它的長尾周圍。
當彗星受到足夠的陽光照射而釋放出氣體時,陽光會不斷產生新的發光碳。施密特認為,在地球和太陽的距離上,二氧化碳分子的壽命大約是兩天。
德克薩斯大學麥克唐納天文臺的天文學家和助理主任安妮塔·考克林(Anita Cauquelin)表示,該團隊能夠在實驗室中了解二氧化碳是如何分裂的,並表明科學家已經嚴格證實了綠色彗星的機制。
科克倫職業生涯的大部分時間都在研究彗星。她說,它們可以被視為偉大的實驗室,因為望遠鏡可以通過它們巨大的尾巴(通常長達數百萬英裏)很好地觀察它們,並了解它們是由什麽組成的。
研究小組了解了暴露在陽光下的二氧化碳分子的壽命,並測量了分解它們的鍵所需的時間。這些事實將有助於模擬彗星的行為。彗星劃過天空似乎是地球上罕見的事件,但天文學家現在已經發現了數以千計的彗星。在太陽系更遠的地方可能有數量驚人的彗星。多虧了這些綠色雪球,科學家們有了壹扇了解太陽系古老歷史的窗戶。