NASA, MSFC, MEO, Aaron Kingery
Химики лабораторным путем подтвердили высказанную 90 лет назад гипотезу о том, что фотодиссоциация молекул диуглерода, которые отвечают за зеленоватый цвет комы комет, не позволяет им достигать хвостов, из-за чего те не обладают зеленым цветом. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Диуглерод (C 2) представляет собой двухатомную молекулу, не существующую при обычных условиях, которая обнаруживается в пламени, электрической дуге, кометах, углеродных звездах и диффузной межзвездной среде. Еще в 1868 году ученые определили, что диуглерод отвечает за зеленый цвет комы комет вблизи их ядра, образуясь в ходе распада более крупных органических молекул, однако он не регистрируется в хвостах. В 1930-х годах было высказано предположение, что это происходит из-за фотодиссоциации диуглерода под воздействием солнечного излучения, а время жизни кометного C2 оценивается в 105 секунд на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца. Однако эту теорию было крайне трудно проверить на практике.
Группа химиков во главе с Тимоти Шмидтом (Timothy W. Schmidt) из Университета Нового Южного Уэльса впервые подтвердила механизм фотодиссоциации C2 в лабораторных условиях. Диуглерод получался путем фотолиза ультрафиолетовым лазерным излучением тетрахлорэтилена (C2Cl4) в вакуумной камере, затем полученный пучок молекулярного газа подвергался облучению лазерным излучением на длине волны 201,5 нанометров, что приводило к возбуждению молекул диуглерода и их частичной диссоциации. Возникающие атомы углерода исследовались при помощи третьего лазера методом резонансной многофотонной ионизации.
Энергетические состояния молекулы диуглерода, рассматривавшиеся в работе. Зеленое свечение в кометах связано с переходом d3Πg → a3Πu (полосы Свана). На врезке показана комета Лавджоя, демонстрирующий яркий зеленоватый оттенок комы.
Timothy W. Schmidt et al. / PNAS, 2021
Исследователям удалось непосредственно наблюдать фотодиссоциацию C2. Энергию диссоциации связи оценили в 602,804 килоджоуля на моль, а время жизни С2 — в 1,6×105 секунд, что согласуется с данными наблюдений за кометами. Для разрыва связи атомов в C2 с помощью солнечного излучения молекула должна поглотить два фотона и совершить два запрещенных перехода. Таким образом, фотодиссоциация диуглерода действительно ответственна за тот факт, что эти молекулы не достигают области хвостов комет, а существуют лишь в их комах.
