Laboratorní experiment odhalil, proč bývají hlavy komet často nazelenalé, zatímco jejich ocas tuto barvu nemá. Na vině je, jako tak často - fyzika. (délka blogu 5 min.)
Viděli jste poslední dobou nějakou kometu?
Pokud ano, možná si vzpomenete, že měla její “hlava” podivně nazelenalou barvu. Nebyl to optický klam. Mnohé komety totiž skutečně vykazují nazelenalé zbarvení - ovšem pouze ve své komě - tedy v obálce, která obklopuje samotné jádro komety. V ocasech těchto vesmírných návštěvnic se kupodivu zelená barva prakticky nepozoruje.
Vědci znali už dávno vysvětlení tohoto jevu - až donedávna ale nebylo potvrzeno experimentem. Nyní se záhada zelených komet konečně vysvětlila.
Komety
Komety jsou v podstatě shluky prachu a ledu, které pocházejí z dalekého, málo osvětleného a chladného vnějšího okraje sluneční soustavy.
Jejich původ se dá v naprosté většině případů vysledovat až do Kuiperova pásu za dráhou Neptunu nebo tzv. Oortova oblaku, který leží daleko za oběžnou dráhou nejvzdálenější planety.
Když se taková návštěva přiblíží k teplejším oblastem, není to bez následků. Tady se logicky z jádra komety uvolňuje prach a sublimuje jeho pevný led.
Ze Země se pak dá pozorovat následující jev: Komety se během přibližování ke Slunci stávají stále jasnější, jejich koma se zvětšuje a jejich ohony jsou znatelnější.
Koma přitom často září nápadně zelenavě, zatímco kometární ocas zůstává bělavý, namodralý nebo nažloutlý.
Když se pak kometa přibližuje ke Slunci, ztrácí zelenou barvu i její koma - a dostává bílou barvu. Proč tomu tak je?
90 let stará teorie - moderní experiment
Vědci už dávno vyvinuli teorii, která vše vysvětluje. Zelená barva by měla být způsobena látkou, která nese název dikarbon (nebo také diuhlík). Skládá se ze dvou atomů vzájemně chemicky vázaného uhlíku.
DikarbonC2 je v běžných pozemských podmínkách nestabilní molekula. Na povrchu naší planety je čistý uhlík mnohem stabilnější ve formě diamantu, grafitu nebo fullerenu. Dikarbon se dá ale pozorovat v uměle vytvořených elektrických obloucích (při sváření) - a také ve vesmíru. Nacházíme ho ve hvězdných atmosférách, v mezihvězdném prostředí a na příklad také v materiálu komet. |
Zelená barva komy komety se podle této teorie vytváří proto, že sluneční záření rozkládá uhlíkaté sloučeniny, zatímco se vytváří dikarbon.
To ovšem nevysvětluje, proč je zelená jen koma a nikoliv ohon komety. O vysvětlení se pokusil Gerhard Herzberg, německo-kanadský chemik a fyzik, který se stal v roce 1971 nositelem Nobelovy ceny za chemii. Dikarbon se podle něj sám dále rozkládá, když na něj dopadá dostatečně silné sluneční záření.
Jev, kterému se říká fotodisociace (rozklad pomocí záření) ovšem nebyl donedávna laboratorně potvrzen a modelován. Nesporně také proto, že samotný dikarbon vzniká pouze za extrémních podmínek a je vysoce reaktivní. Proto je obtížné vyrobit molekuly této látky v laboratoři a udržet je “naživu” tak dlouho, aby mohl proběhnout daný experiment.
Laboratorní důkaz
Vědci nyní poprvé provedli pokus, při kterém vyrobili dikarbon, aby ho poté rozložili ultrafialovým zářením, které bylo podobné slunečnímu.
Dikarbon vyrobili z perchlorethylenu, C2Cl4, který pomocí dvou laserů zbavili chloru. Dikarbonové molekuly pak vedli dva metry dlouhou vakuovou komoru, na kterou mířily dva další, tentokrát UV-lasery. Ty měly podobnou specifikaci jako sluneční záření a imitovaly tak podmínky ve vnitřní sluneční soustavě.
Pomocí částicových detektorů a spektrometrů pak zaznamenali změny ve stavu molekul dikarbonu - a potvrdili domněnku o očekávané fotodisociaci.
Zjistili mimo jiné hodnotu disociační energie - tedy energie, která je nutná k rozbití dané molekuly. Ta odpovídá 602,804 kilojoulů na mol (mol - jednotka množství látky, jeden mol libovolné látky obsahuje přesně 6,02214076×10^23 částic).
Vědci navíc zjistili, že se při ní musí pohltit hned dva fotony a atomy musí projít dvěma “zakázanými” přechody.
Zakázaný přechod… je přechodem z jedné energetické úrovně – nebo obecněji z jednoho (kvantově mechanického) stavu – do jiného, ??ke kterému v normálním stavu běžně nedochází nebo pokud k němu dochází mnohem méně často než k jiným přechodům v daném systému. |
V praxi to pak znamená, že kometa, která se nachází zhruba na úrovni oběžné dráhy Země, zbělá, protože sluneční záření je v této oblasti už dostatečně silné na to, aby rozložilo dikarbon v její komě.
Proč není zelená barva přítomna v ohonech komet i když se vyskytuje u komy, se vysvětluje jednoduchým faktem - životností dikarbonu.
Molekula dikarbonu není totiž ani ve vesmírných podmínkách příliš stabilní. Její životnost je zhruba 160 000 vteřin, což odpovídá 44 hodinám. Molekula dikarbonu se během svého krátkého života rozpadne dříve, než se stihne dostat do ocasu komety.
Zdroje: doi: 10.1073/pnas.2113315118,https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25894971/, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28001448/
