ハレー彗星。画像クレジット：MPAE。拡大するにはクリックしてください。
マックスプランクインスティテュートの名誉教授として、キッセル博士は彗星の研究に一生懸命取り組んでいます。 「20世紀初頭には、彗星の尾が仮定につながり、後に太陽から絶えず吹き飛ばされる電離原子の流れである「太陽風」の検出につながります。天文観測がより強力になるにつれて、固体粒子と気体分子の両方が中性およびイオン化された、より多くの構成要素を特定できるようになりました。」これらの外部の太陽系の訪問者を研究する私たちの技術がより洗練されてきたので、それらが何で構成されているのか、そしてそれらがどのように見えるのかについての私たちの理論もそうです。キッセル氏は次のように述べています。「彗星の動的な外観を説明するために、多くのモデルが提案されています。そこからフレッドウィップルが最も有望であったようです。それは水氷と塵からなる核を仮定した。太陽の影響下で、水氷はその途中でダスト粒子を昇華させ、加速させます。」
それでも、それらは謎でした–科学が解決することを切望していた謎です。 「多くの彗星が私たちの太陽系の一部であり、惑星と同じように、他のタイプの軌道上で、物質の放出による追加の効果を伴って太陽の周りを回ることがハリーによって知られるようになりました。」キッセルコメント。しかし、彗星に接近して個人的に接近することによってのみ、はるかに多くを発見することができました。ハリーが私たちの内部の太陽系に戻って、計画は彗星を捕らえるために作られました、そしてその名前はジョットでした。
ジョットの使命は、核のカラー写真を取得し、彗星の昏睡状態の揮発性成分の元素および同位体組成を決定し、親分子を研究し、彗星の大気および電離層で発生する物理的および化学的プロセスを理解するのに役立ちました。ジョットは、彗星と太陽の風の相互作用から生じるプラズマ流の巨視的なシステムを調査する最初の人になるでしょう。その優先順位のリストの上位は、ガス生成率の測定とダスト粒子の元素および同位体組成の決定でした。科学的調査に重要なのは、ダストのフラックスでした-そのサイズと質量分布、および重要なダスト対ガス比。搭載されたカメラが596 km離れたところから核を撮像し、その形状とサイズを決定しました。また、ダストコマの構造を監視し、中性およびイオン質量分析計の両方でガスを研究していました。科学が疑ったように、ジョットのミッションはガスが主に水であることを発見しましたが、それは一酸化炭素、二酸化炭素、様々な炭化水素、そして微量の鉄とナトリウムを含んでいました。
ジョットミッションのチーム研究リーダーとして、キッセル博士は次のように回想します。「彗星1P /ハリーへの最初のクローズアップミッションがやってきたとき、核は1986年に明らかに特定されました。また、ダスト粒子、彗星放出されたガスは現場で分析されました。つまり、人為的な干渉や地上への輸送はありませんでした。」彗星の研究はエキサイティングな時期でした。ジョットの装置を使用して、Kisselのような研究者はこれまでにない方法でデータを研究できるようになりました。 「これらの最初の分析では、粒子はすべて、高質量有機材料と非常に小さなダスト粒子の密接な混合物であることを示しました。最大の驚きは、確かに非常に暗い核（それに照射される光の5％のみを反射する）と有機材料の量と複雑さでした。」
しかし、彗星は本当にそれ以上のものだったのか、それともただの汚い雪玉だったのか「今日まで、私の知る限りでは、彗星の表面に露出している固い氷の存在を示す測定はありません。」 「しかし、私たちは、彗星が太陽によってますます加熱されると、化学反応が進行することによってガスとしての水（H2O）が放出される可能性があることを発見しました。その理由は、「潜熱」、つまり、非常に冷たい彗星物質に蓄えられたエネルギーであり、ダストが結合破壊によって星間空間を移動している間に、強い宇宙線によってエネルギーを獲得しました。故J.メイヨー・グリーンバーグが長年主張してきたモデルに非常に近い。」
私たちは今、ハレー彗星が太陽系で知られている最も原始的な物質で構成されていることを知っています。窒素を除いて、表示されている軽元素は、豊富な点で私たちの太陽と非常によく似ていました。数千のダスト粒子は、水素、炭素、窒素、酸素、およびナトリウム、マグネシウム、シリコン、カルシウム、鉄などのミネラル形成元素であると決定されました。軽い元素は核から遠く離れて発見されたので、それらは彗星の氷の粒子ではないことを知っていました。星を取り巻く星間ガスの化学の研究から、炭素鎖分子が窒素、酸素、ごく一部の水素などの元素にどのように反応するかを学びました。極寒の宇宙空間では、それらは重合し、これらの化合物の分子配列を変化させて新しいものを形成します。それらは元のものと同じ割合の組成を持っていますが、より大きな分子量と異なる特性を持っています。しかし、それらの特性は何ですか？
探査機とハレー彗星との密接な出会いからのいくつかの非常に正確な情報のおかげで、天文学と宇宙物理学のセンター（IUCAA）のランジャングプタと彼の同僚は、彗星の塵の組成と散乱特性に関していくつかの非常に興味深い発見をしました。彗星への最初のミッションは「フライバイ」だったので、捕獲されたすべての材料はその場で分析されました。このタイプの分析は、彗星物質は一般に、マトリックスに形成されたアモルファスおよび結晶構造のケイ酸塩と炭素の混合物であることを示しました。水が蒸発すると、これらの粒子のサイズはサブミクロンからミクロンの範囲になり、非球形で不規則な形状を含む、性質上非常に多孔性になります。
グプタによると、そのような粒子からの光散乱の初期モデルのほとんどは、「従来の三重理論を用いた固体球に基づいており、近年、宇宙ミッションがこれに対して強力な証拠を提供したときのみ」、新しいモデルが進化した観察された現象を再現するために、球形および多孔質の粒子が使用されています。この場合、直線偏光は、入射太陽光からの彗星によって生成されます。平面（光が散乱する方向）に制限されます。これは、彗星が太陽に近づいたり、太陽から遠ざかったりするときに、位置によって変化します。グプタが説明するように、「この偏光曲線と散乱角（太陽-地球-彗星の幾何学形状）の重要な特徴は、ある程度の負の偏光があることです。」
「後方散乱」として知られているこの負性は、単一波長の単色光を監視するときに発生します。 Mieアルゴリズムは、外部反射、複数の内部反射、透過、表面波を考慮して、球形によって引き起こされるすべての許容される散乱プロセスをモデル化します。この散乱光の強度は、角度の関数として機能します。 180の間、ライトの元の方向から離れて前方散乱を意味しますか？後方散乱を意味します–光源を後方に向けます。
グプタによると、「後方散乱は、ほとんどの彗星で一般に可視バンドで見られ、一部の彗星では近赤外（NIR）バンドで見られます。」現在、高い散乱角度で負の偏光のこの側面を再現しようとするモデルの成功は非常に限られています。
彼らの研究では、修正されたDDA（離散双極子近似）を使用しています。この場合、各ダスト粒子は双極子の配列であると想定されます。広範囲の分子は、イオンと共有結合の両極端の間にある結合を含むことができます。分子内の原子の電気陰性度のこの差は、電子が均等に共有されないほど十分ですが、電子が原子の1つだけに引き付けられて正と負のイオンを形成しないほど小さいです。分子内のこのタイプの結合は、極性として知られています。正と負の端、または極があるため、分子には双極子モーメントがあります。
これらの双極子は互いに相互作用して、消光のような光散乱効果を生み出します。光の波長よりも大きい球は単色光と白色光を遮断し、偏光は入射光の波の散乱を遮断します。グラファイトとケイ酸塩の回転楕円体のマトリックスを含む複合粒子のモデルを使用することにより、彗星ダストで観測された特性を説明するために、非常に特定の粒子サイズの範囲が必要になる場合があります。 「しかし、私たちのモデルは、一部の彗星で観測された偏極の負の分岐を再現することもできません。すべての彗星が2.2ミクロンのNIR帯域でこの現象を示すわけではありません。」
Guptaらが開発したこれらの複合粒子モデル。負の偏光ブランチとさまざまな波長の偏光量を説明するには、さらに調整する必要があります。この場合、それは緑の光よりも赤の偏光が高い色効果です。複合粒子のより広範な実験室シミュレーションが近づいており、「それらの光散乱特性の研究は、そのようなモデルの改良に役立ちます。」
人類がこの彗星のダストトレイルをたどることに成功した始まりは、ハレーから始まりました。 Vega 1、Vega 2、およびGiottoは、より良い研究機器に必要なモデルを提供しました。 2000年5月、博士Max Planck InstituteのFranz R. KruegerとJochen Kisselは、この発見を「星間塵の最初の直接化学分析」として発表しました。キッセル博士は次のように述べています。「3つの粉塵衝撃質量分析計（GIOTTO搭載のPIA、およびVEGA-1および-2搭載のPUMA-1および-2）がハレー彗星に遭遇しました。それらを使って、彗星ダストの元素組成を決定することができました。しかし、分子情報はごくわずかなものでした。」 Deep Space 1とボレリー彗星との密接な出会いは、これまでに受け取った最高の画像とその他の科学データを返しました。ボレリーチームについて、キッセル博士は「ボレリー（およびスターダスト）への最近の任務は、高さ200mの急な斜面や幅約20m、高さ200mの尖塔など、彗星表面の魅力的な詳細を示しました。」
ミッションの多くの問題にもかかわらず、Deep Space 1は完全に成功しました。マークレイマン博士の2001年12月18日のミッションログによると、「このミッションから返された豊富な科学データとエンジニアリングデータは、今後何年にもわたって分析され、使用されます。ハイリスクで高度なテクノロジーのテストは、他の方法では手に負えない、あるいは不可能でさえあったであろう多くの重要な将来の任務が私たちの理解の範囲内であることを意味します。そして、すべての巨視的な読者が知っているように、ボレリー彗星からの豊富な科学的収穫は、太陽系ファミリーのこれらの重要なメンバーへの新しい洞察を魅了する科学者を提供しています。」
現在、Stardustは調査をさらに一歩進めています。これらの原始的な粒子をコメットワイルド2から収集すると、ダスト粒子はエアロゲルに安全に保管され、プローブが戻ったときに研究されます。 NASAのドナルドブラウンリー氏は、次のように述べています。「コメットダストは、ジョットミッションでハレー彗星に運ばれたPIA装置から得られた飛行時間型質量分析計によってリアルタイムで調査されます。この機器は、エアロゲルの捕獲に耐えられない可能性のある有機粒子材料に関するデータを提供し、同じ手法で記録されたハレーダストデータと比較することにより、彗星間の多様性を評価するために使用できる非常に貴重なデータセットを提供します。」
これらの非常に粒子には答えが含まれている可能性があり、星間塵と彗星がその発達に重要な物理的および化学的要素を提供することによって地球に生命を植え付けた可能性があることを説明します。ブローリー氏によれば、「スターダストは何千もの彗星粒子を捕らえ、世界中の研究者が詳細に分析するために地球に戻す予定です」。これらのダストサンプルにより、約45億年前の過去を振り返ることができます。これは、星間粒子やその他の固体物質の基本的な性質、つまり私たち自身の太陽系のビルディングブロックについて教えてくれます。地球と私たち自身の体にある両方の原子には、彗星から放出されたものと同じ物質が含まれています。
そして、それはただ良くなり続けています。彗星彗星67 P / Churyumov- Gerasimenkoに向かう途中で、ESAのロゼッタは、表面への着陸を成功させる際に、彗星の謎を深く掘り下げます。 ESAによると、「Grain Impact Analyzer and Dust Accumulator（GIADA）」などの機器は、彗星の核や他の方向（太陽放射圧によって反射される）から来るダスト粒子の数、質量、運動量、速度分布を測定します。マイクロイメージングダスト分析システム（MIDAS）は、彗星の周りのダスト環境を研究します。粒子の数、サイズ、体積、形状に関する情報を提供します。」
単一の彗星粒子は、何百万もの個々の星間ダスト粒子の複合物である可能性があり、銀河と星雲のプロセスに関する新たな洞察を可能にし、彗星と星の両方の理解を深めます。彗星で起こりうることをシミュレートする実験室条件でアミノ酸を生成したように、私たちの情報のほとんどは間接的に得られました。偏光、波長吸収、散乱特性、およびケイ酸塩フィーチャの形状を理解することにより、まだ調査していないものの物理的特性に関する貴重な知識を得ることができます。ロゼッタの目標は、着陸船を彗星の核まで運び、それを表面に配備することです。着陸科学は核の組成と構造のその場研究に焦点を当てます-彗星物質の比類のない研究-博士のような研究者に貴重な情報を提供します。
2005年7月4日、ディープインパクトミッションがコメットテンプル1に到着します。その表面の下に埋もれていると、さらに多くの回答が得られる可能性があります。彗星の表面に新しいクレーターを形成するために、370 kgの質量が放出され、テンペル1の太陽に照らされた側面に影響を与えます。その結果、氷と塵の粒子が新たに放出され、活動の変化を観察することで彗星についての理解が深まります。フライバイクラフトは、クレーターの内部の構造と構成を監視し、データを地球の彗星塵専門家であるキッセルに中継します。 「ディープインパクトは、固体の彗星核への影響である自然現象を最初にシミュレートするものです。利点は、インパクトが発生したときに、インパクト時間がよく知られ、適切に装備された宇宙船が周りにあることです。これは間違いなく、以前のミッションで写真を撮った水面下の情報を提供します。彗星核の熱的挙動を説明するために多くの理論が定式化されており、厚いまたは薄い地殻やその他の特徴が必要です。ディープインパクト後は、これらすべてのモデルを新しいモデルで補完する必要があると確信しています。」
生涯にわたる彗星研究の後、キッセル博士はまだダストトレイルを追跡しています。「新しい測定のたびに、私たちがどれほど間違っていたかを示す新しい事実があるのは、彗星研究の魅力です。そして、それはまだかなりグローバルなレベルにあります。」私たちの方法が改善するにつれて、Oortクラウドからのこれらの訪問者の理解も向上します。キッセル氏は、「状況は単純ではなく、多くの単純なモデルが世界の彗星活動をかなりよく説明しているため、詳細はまだ機能しておらず、化学的側面を含むモデルはまだ利用できません。」と述べています。最初からそこにいた男性にとって、Deep Impactでの作業は卓越したキャリアを続けています。 「それの一部であることはエキサイティングです」とキッセル博士は言います、そして「私はディープインパクトの後に何が起こるかを見たいと思っています、そしてそれの一部であることに感謝しています。」
初めて、研究は彗星の表面の下をよく通り抜けて、その原始的な材料を明らかにします-その形成以来手つかずです。何が水面下にありましたか？分光法が炭素、水素、窒素、酸素を示すことを期待しましょう。これらは、メタンなどの塩基性炭化水素から始めて、有機分子を生成することが知られています。これらのプロセスは、ポリマーを作成するために複雑さが増すでしょうか？炭水化物、糖類、脂質、グリセリド、タンパク質、酵素の基礎は見つかりますか？ダストトレイルをたどることで、すべての有機物–デオキシリボ核酸– DNA –の最も壮観な基礎が非常によくできます。
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