科学者らがついに彗星が緑色に光る謎を解明

化学者のチームが、何十年もの間研究者を悩ませてきた、彗星の頭部が緑色に光るのに尾部が緑色に光らない理由という謎を解明した。地球上にほんの一瞬しか存在しない、とらえどころのない分子の研究が鍵となった。

彗星は、太陽系の形成時に残された氷と塵の塊が高速で飛んでいるもので、太陽系の冷たい外縁部から時折地球の近くを通り過ぎる。1930年代に、後にフリーラジカルやその他の分子に関する研究でノーベル賞を受賞したゲルハルト・ヘルツベルクは、緑色の彗星の輝きの背後にあるプロセスには、2つの炭素原子が結合してできたジカーボンと呼ばれる分子が関係しているのではないかと推測した。米国科学アカデミー紀要に掲載された新しい研究は、ヘルツベルクの理論を検証した。

二炭素は非常に反応性が高いため、研究チームはボトルから入手することはできなかったと、オーストラリアのシドニーにあるニューサウスウェールズ大学で研究を監督した化学者のティム・シュミット氏は言う。宇宙では、二炭素は恒星、星雲、彗星の中に存在する。しかし、地球の大気中の酸素にさらされると、二炭素はすぐに反応して「燃え尽きる」とシュミット氏は言う。

シュミット氏によると、科学者が強力な紫外線にさらされると分子がどのように分解するかを正確に調べることができたのは今回が初めてだという。研究室では、真空チャンバーと3種類の紫外線レーザーを使って地球近傍の宇宙空間の環境をシミュレートする必要があった。二炭素は非常に速く反応するため、レーザーで大きな分子を削り取ることでその場で合成する必要があった。

シュミット氏によると、彗星の緑色の光は二炭素分子から発せられるものであることが確認された。二炭素分子は宇宙で太陽光にさらされると可視光を吸収し、放出することができる。ヘルツバーグ氏は二炭素について正しかったが、メカニズムについては完全には正しくなかったという。しかし、それは1930年代のことなので、「許される」とシュミット氏は言う。

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彗星では、太陽光が氷を熱すると二炭素が形成されるが、その一部はおそらくアセチレンでできている。アセチレンは水素と炭素の混合物で、地球ではガスとして溶接燃料として使われている。宇宙では、彗星内のより複雑な有機分子が分解したときに二炭素が生成される可能性があるとシュミット氏は言う。

水素原子はアセチレン分子から解放され、それがなくなると、炭素原子間の結合は「再び強固になり」、二重炭素分子が形成されるとコクラン氏は言う。

太陽が彗星本体の分子を熱すると、分子はエネルギーを得て輝きますが、尾の奥深くまで到達する前に炭素原子一つに分解されます。これが、緑色の輝きが彗星本体の周囲にのみ存在し、長い尾には存在しない理由を説明しています。

彗星はガスを放出するのに十分な太陽光にさらされているが、太陽光線は絶えず新たな光る二炭素分子を作り出している。シュミット氏によると、太陽から地球までの距離における二炭素分子の寿命は約2日だという。

研究チームは、実験室で二炭素が分裂する仕組みを解明し、科学者が現実世界の彗星で二炭素の輝きを目撃したと考えるのは「正しかった」ことを証明できたと、テキサス大学オースティン校マクドナルド天文台の天文学者で副所長のアニタ・コクラン氏は語る。同氏はこの研究には関わっていない。「研究者たちは今、それを厳密に解明したのです」と同氏は言う。

キャリアのほとんどを彗星の観察に費やしてきたコクラン氏は、望遠鏡を使えば、しばしば何百万マイルにも及ぶその巨大な尾を通して、それが何でできているかを解明できるため、彗星は素晴らしい研究室になる可能性があると語る。

研究チームは太陽光にさらされた二炭素分子の寿命を調べ、その結合を分解するのにどれだけの時間がかかるかを測定したとコクラン氏は言う。これらの事実は彗星の行動をモデル化するのに役立つだろう。彗星が地球を通過するのはまれな出来事のように思えるかもしれないが、天文学者は現在、数千の彗星を発見している。太陽系のさらに遠くには、信じられないほど多くの彗​​星が存在すると思われる。これらの緑色に輝く雪玉のおかげで、科学者たちは太陽系の太古の過去を知ることができるようになった。