Откуда взялся молекулярный кислород в комете 67/P?

[Андрей Курилов]

Как вы помните, в составе летучки кометы 67/P было обнаружено аномально высокое содержание O₂, что довольно странно.
http://blogs.esa.int/rosetta/2015/10/28/first-detection-of-molecular-oxygen-at-a-comet/
Давайте порассуждаем, откуда мог взяться именно молекулярный именно кислород в комете. Не атомарный, не озон, не перекись, не перхлорат, а O₂.

[Змей Петров]

ИМХО нужен еще пункт - Образовался в результате распада кислородных соединений под действием жестких излучений. Я бы поставил на это.

[bob]

ИМХО нужен еще пункт - Образовался в результате распада кислородных соединений под действием жестких излучений. Я бы поставил на это.

Да. Причём, это, насколько я помню, одно из основных объяснений на сегодня. Космические лучи и солнечный ветер расщепляют лёд, а молекулы образуются во внутренних полостях. Кто-то из учёных, уже не помню кто, грозил "гигантским взрывом гремучего газа" на Каллисто. Что в подповерхностных "линзах" потенциальных месторождений его много. Там он долго отстаивается, и получается в том числе и молекулярный кислород. На самом деле, скептически отношусь к подобным идеям. Неоткуда взяться там условий для солидных накоплений газа, поскольку явление чисто поверхностное. До возможных глубинных каверн оно не пробьёт.

[Змей Петров]

На самом деле, скептически отношусь к подобным идеям. Неоткуда взяться там условий для солидных накопления газа, поскольку явление чисто поверхностное. До возможных глубинных каверн оно не пробьёт.

Согласен. Ещё учитывая очень малую плотность этого гремучего газа и способность водорода просачиваться практически через всё.

[Андрей Курилов]

ИМХО нужен еще пункт - Образовался в результате распада кислородных соединений под действием жестких излучений. Я бы поставил на это.

Исключено командой Розетты по целому ряду причин:
1. Нет признаков расщепления кислородных соединений - озона, пероксидов. Сразу O2.
2. Не совместимо с количествами накопленного молекулярного кислорода. Я как-то считал, сколько водорода поглощает столб реголита, полностью задерживающий солнечный ветер и космические лучи. Там было что-то вроде миллиграммов на кв. м. за миллиарды лет.
3. В каждом перигелии комета теряет дециметры в радиусе. Накопившие кислород слои уже давно бы исчезли. Либо, если они возникают снова, была бы сильная зависимость отношения O2/H2O от расстояния до Солнца. Собственно этот пункт особо подчёркивается командой Розетты.

[Змей Петров]

ИМХО нужен еще пункт - Образовался в результате распада кислородных соединений под действием жестких излучений. Я бы поставил на это.

Исключено командой Розетты по целому ряду причин:
1. Нет признаков расщепления кислородных соединений - озона, пероксидов.

Озон и пероксиды весьма неустойчивы(под теми же жесткими излучениями), в результате получаем всё тот же O₂.

2. Не совместимо с количествами накопленного молекулярного кислорода. Я как-то считал, сколько водорода поглощает столб реголита, полностью задерживающий солнечный ветер и космические лучи. Там было что-то вроде миллиграммов на кв. м. за миллиарды лет.

Так на комете реголита в общепринятом понимании нет. А вот воды - в избытке.

3. В каждом перигелии комета теряет дециметры в радиусе. Накопившие кислород слои уже давно бы исчезли.

Но при каждом проходе возникают снова. И жесткие излучения - не только от Солнца, учитывая, что бОльшую часть жизни комета проводит вдали от него.

Либо, если они возникают снова, была бы сильная зависимость отношения O2/H2O от расстояния до Солнца. Собственно этот пункт особо подчёркивается командой Розетты.

В этом что-то есть. Но учитываем предыдущий абзац, и настолько ли точны их измерения?

[Андрей Курилов]

Озон и пероксиды весьма неустойчивы(под теми же жесткими излучениями), в результате получаем всё тот же O2.

Для получения O2 из O3 или атомарного кислорода тоже нужны свои условия. Плюс время.

Так на комете реголита в общепринятом понимании нет. А вот воды - в избытке.

Энергии всей радиации за 5 млрд лет не хватит чтобы обеспечить 3,8% содержания O2 в H2O. Посчитайте сами.

[Змей Петров]

Не буду сильно спорить. Но пункт в опрос добавить стоит.

[Андрей Курилов]

Не буду сильно спорить. Но пункт в опрос добавить стоит.

По сути это уже есть:
Образовался в процессе небиологической эволюции внутри кометы.

[OratorFree]

Образовался в процессе небиологической эволюции внутри кометы.

За такие формулировки надоть премии лишать. Оксюморон какой-то. Простите. Но проголосовал.

[Константин ВАРБ]

Давайте порассуждаем, откуда мог взяться именно молекулярный именно кислород в комете.

Андрей, Вы шутите или проводите опрос студентов на факультативную тему?
Вы на Астрофоруме, наверное самый начитанный о занептунье, и уж кому кому, как не Вам ЗНАТЬ, что и О2 и СО и т.д. там присутствует в значительном количестве.
Вопрос откуда?
Вы полагаете что в предложенной Вами ЕГЭйке правильным является один единственный ответ  "Входил в состав протопланетного диска."  и медленно оседал на кометы аккрецией.
Возможно и так, а возможно и иное:
Мог выделиться в химических взаимодействиях в процессах генерации ядра или коры кометы, или же накопиться под действием космических лучей, или же быть захвачен из окружающего молекулярного облака.
То-есть ответ на этот вопрос лежит:
а) в изучении изотопного состава свободного кислорода
в) исследовании вещества ядра кометы. 

[Андрей Курилов]

Андрей, Вы шутите или проводите опрос студентов на факультативную тему?
Вы на Астрофоруме, наверное самый начитанный о занептунье

Ни в коем случае, только если в химии и морфологии комет

, и уж кому кому, как не Вам ЗНАТЬ, что и О2 и СО и т.д. там присутствует в значительном количестве.

CO я ещё могу понять. Но О2 - абсолютный сюрприз. Если бы я бы хотя бы догадывался откуда он там, то опрос бы не создавал. Возможно вообще это всё какая-то ошибка.

Вы полагаете что в предложенной Вами ЕГЭйке правильным является один единственный ответ  "Входил в состав протопланетного диска."  и медленно оседал на кометы аккрецией.

Это предполагают учёные. Более того, они утверждают, что других вариантов нет. Но тут есть загвоздка.
http://arxiv.org/abs/1208.0297
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103502000386
Для объяснения очень малого соотношения N2/CO (при почти одинаковой летучести) в кометах предполагается, что водяной лёд охотнее образует клатраты с дипольными молекулами, чем с такими, как N2. Но ведь летучесть О2 такая же, как и у N2 и СО. Т.е. даже если в протопланетном диске и было полно молекулярного кислорода, то в кометах его должно быть примерно такое же исчезающе малое количество, как и N2. Но кислорода почему-то где то в миллион раз больше.

[Андрей Курилов]

С накоплением под действием космических лучей тоже проблема.
Во-первых, за все время существования кометы энергии ГКЛ явно не хватит, чтобы  породить СТОЛЬКО свободного кислорода.
Во-вторых радиолиз неизбежно бы также привёл к накоплению озона и перекиси. При низких давлениях и температурах они бы никуда не делись и были бы уже замечены. Особенно если это не ГКЛ, а солнечная радиация, т.е. если радиолиз воды происходит прямо сейчас и в газовой фазе.
В третьих, если бы кислород копился бы миллиарды лет поясе Койпера, то копился бы он в верхнем слое толщиной метров 10 (дальше радиолиз не достанет). Но комета Ч-Г эти 10 м верхнего слоя уже давно потеряла, когда переехала жить во внутреннюю часть СС.

Получается, что ни радиолиз, ни протопланетный диск не могут объяснить наличие такого кол-ва кислорода в комете.

[Константин ВАРБ]

Но О2 - абсолютный сюрприз.

При тех температурах в той среде он химически неактивен.
Возможно что выделяется\абсорбируется в криохимических процессах.

Но предполагаемый факт, что на многих телах занептунья в значительных долях присутствует.

[Константин ВАРБ]

Вот такой идиотский вопрос?
А электростатическое поле кометы кто-нибудь мерил не на уровне погрешности?
Не может ли кислород вымываться солнечным ветром, аналогично механизмам как на Земле?

[Андрей Курилов]

Но О2 - абсолютный сюрприз.

При тех температурах в той среде он химически неактивен.

Дело не в том, что О2 не активен, дело в том, что он должен сначала откуда-то взяться, минуя атомарный кислород, иначе возникает перекись/озон, которые тоже неактивны в таких условиях и будут накапливаться.

Если атомарный кислород возникает во льду, то будет перекись, если в газовой фазе - то будет либо атомарный кислород, либо много озона.

[Константин ВАРБ]

Если атомарный кислород возникает во льду, то будет перекись, если в газовой фазе - то будет либо атомарный кислород, либо много озона.

Ну почему? У нас же нет реальной накопленной базы по вакуумной криохимии кометного вещества. Поэтому для консультации по этому вопросу нужен очень хороший практический специалист по плазменной криохимии. И то это будет его имхо, не более того, ибо с аналогами кометного вещества никто не работает.
Но даже если бы и работал, то массива данных всё равно нет.
Вот именно за этим, за данными о процессах в экзотических для Земли средах, и нужно отправлять космические аппараты.

[Андрей Курилов]

Собственно корневой вопрос заключается в том, как образовались молекулы O₂?

В комете куда больше легко окисляемых веществ, чем окислителя. Много углерода, органики, серводорода, цианистого водорода, аммиака и прочего. По какому-то недоразумению весь свободный кислород не ушёл на окисление всего этого кометного добра. Если свободный кислород образуется в газовой фазе, то образуется он фотолизом/радиолизом, и никак иначе. И даже не важно, что есть газовая фаза - кома сейчас или протопланетный диск 4,5 млрд лет назад. Давление всё равно на уровне технического вакуума. Это означает, что мы получаем изначально набор радикалов или ионов H, OH, O. Далее, для получения молекулярного кислорода, атом кислорода должен встретиться с другим атомом кислорода. Так? Но вокруг намного больше молекул, радикалов и ионов восстановителей (Н, OH, CH, NH, SH, ...), Поэтому образование молекулярного кислорода в коме или протопланетном диске совершенно невероятно.

Остаётся лишь предположить, что O₂ образуется химически, в твёрдой/жидкой фазе кометного вещества или будущего кометного вещества. Но нет никаких предпосылок, что внутри кометного ядра Ч-Г могли или могут идти какие-то химические реакции с образованием молекулярного кислорода. Известно, что в состав комет входят не только высоколетучие вещества, но и гидратированные минералы + сульфиды, испытывавшие метаморфизм при участии жидкой воды. Т.е. кометы, по современным представлениям, представляют из себя винегрет из первичного материала, не испытывавшего высокотемпературного метаморфизма и вторичного, побывавшего в тёплых недрах крупных протопланет, разбитых впоследствии взаимными столкновениями. Возможно, в сердцевинах этих протопланет, при участии жидкой воды происходила не только гидратация силикатов, но и хемосинтез кислорода и органических полимеров из воды и растворённого углекислого газа.

[Андрей Курилов]

криохимии

Генерация кислорода будет однозначно эндотермической. А крио означает что энергии мало. Поэтому кислорода могло таким образом возникнуть с гулькин хер. А его аж 3,8% по отношению к воде. Это больше, чем в самых богатых кислородом и лососем водах Антарктики. Никакая криохимия тут не канает. Тут нужно затратить много энергии, которой в кометном ядре нет. А если бы и была, кислород тупо начал бы окислять всё остальное, в первую очередь - органику.

[Константин ВАРБ]

А если бы и была, кислород тупо начал бы окислять всё остальное, в первую очередь - органику.

Разве МКС и другие долгоживущие орбитальные станции покрываются слоем оксидов, но не знаю, да или нет?
Относительно же О2, то сколь я помню кислород в ней одновалентен, а одинарная связь при низких температурах теоретически для устойчивости молекулы выгодна.
Вы опять же считаете энергопотенциал при нормальных условиях. В крио и вакууме он может быть иным (надо смотреть справочники или нудно высчитывать). Так же и энергии активации.

Собственно корневой вопрос заключается в том, как образовались молекулы O₂?

Далее, для получения молекулярного кислорода, атом кислорода должен встретиться с другим атомом кислорода. Так? Но вокруг намного больше молекул, радикалов и ионов восстановителей (Н, OH, CH, NH, SH, ...), Поэтому образование молекулярного кислорода в коме или протопланетном диске совершенно невероятно.

Остаётся лишь предположить, что O₂ образуется химически, в твёрдой/жидкой фазе кометного вещества или будущего кометного вещества. Но нет никаких предпосылок, что внутри кометного ядра Ч-Г могли или могут идти какие-то химические реакции с образованием молекулярного кислорода.
Известно, что в состав комет входят не только высоколетучие вещества, но и гидратированные минералы + сульфиды, испытывавшие метаморфизм при участии жидкой воды. Т.е. кометы, по современным представлениям, представляют из себя винегрет из первичного материала, не испытывавшего высокотемпературного метаморфизма и вторичного,

Да дело не столько первичном или вторичном составе и их возможном взаимодействии.
И там и там аэрозоли, химия которых тоже практически такая же "табула раза" как и обсуждаемое выше. А то что О2 образуется не химией радикалов, а химией аэрозолей, это из самого состава кометной среды непосредственно следует.