När kometen 45P zippade förbi jorden tidigt 2017, forskare som observerar från NASA:s infraröda teleskopanläggning, eller IRTF, på Hawai'i gav den långvariga trekkaren en grundlig astronomisk kontroll. Resultaten hjälper till att fylla i viktiga detaljer om is i Jupiter-familjens kometer och avslöjar att den udda 45P inte riktigt matchar någon komet som har studerats hittills.

Som en läkare som registrerar vitala tecken, laget mätte halterna av nio gaser som släpptes från den isiga kärnan i kometens tunna atmosfär, eller koma. Flera av dessa gaser levererar byggstenar för aminosyror, sockerarter och andra biologiskt relevanta molekyler. Av särskilt intresse var kolmonoxid och metan, som är så svåra att upptäcka i Jupiter-familjens kometer att de bara har studerats några gånger tidigare.

Gaserna härrör alla från isens hodgepodge, sten och damm som utgör kärnan. Dessa infödda is tros ha ledtrådar till kometens historia och hur den har åldrats.

"Kometer behåller ett register över förhållanden från det tidiga solsystemet, men astronomer tror att vissa kometer kan bevara den historien mer fullständigt än andra, "sa Michael DiSanti, en astronom vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och huvudförfattare till den nya studien i Astronomisk tidskrift .

Kometen-officiellt benämnd 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková-tillhör Jupiter-familjen av kometer, frekventa omloppsbana som går runt solen ungefär vart femte till sjunde år. Mycket mindre är känt om inhemska isar i denna grupp än om långdistanskometer från Oort Cloud.

För att identifiera infödda isar, astronomer letar efter kemiska fingeravtryck i den infraröda delen av spektrumet, bortom synligt ljus. DiSanti och kollegor genomförde sina studier med hjälp av iSHELL högupplöst spektrograf som nyligen installerades vid IRTF på toppen av Maunakea. Med iSHELL, forskare kan observera många kometer som tidigare ansågs vara för svaga.

Instrumentets spektralområde gör det möjligt att detektera många förångade is samtidigt. vilket minskar osäkerheten när man jämför mängden olika is. Instrumentet täcker våglängder som börjar med 1,1 mikrometer i det nära-infraröda (intervallet för mörkerseende) upp till 5,3 mikrometer i det mellersta infraröda området.

iSHELL har också tillräckligt hög upplösningseffekt för att separera infraröda fingeravtryck som faller nära varandra i våglängd. Detta är särskilt nödvändigt för kolmonoxid och metan, eftersom deras fingeravtryck i kometer tenderar att överlappa med samma molekyler i jordens atmosfär.

"Kombinationen av iSHELLs höga upplösning och förmågan att observera dagtid vid IRTF är idealisk för att studera kometer, särskilt kometer med kort period, "sa John Rayner, direktör för IRTF, som hanteras för NASA av University of Hawai'i.

Medan de observerade i två dagar i början av januari 2017 - strax efter 45P:s närmaste inställning till solen - gjorde laget robusta mätningar av vatten, kolmonoxid, metan och sex andra inhemska isar. För fem isar, inklusive kolmonoxid och metan, forskarna jämförde nivåer på den solfyllda sidan av kometen med den skuggade sidan. Resultaten hjälpte till att fylla i vissa luckor men väckte också nya frågor.

Resultaten visar att 45P håller på att gå så lågt på fryst kolmonoxid, att det officiellt anses utarmat. Av sig själv, det här skulle inte vara förvånande, eftersom kolmonoxid lätt flyter ut i rymden när solen värmer en komet. Men metan är nästan lika troligt att fly, så ett föremål som saknar kolmonoxid bör ha lite metan. 45P, dock, är rik på metan och är en av de sällsynta kometer som innehåller mer metan än kolmonoxidis.

Det är möjligt att metanen är instängd i annan is, vilket gör det mer troligt att det stannar kvar. Men forskarna tror att kolmonoxiden kan ha reagerat med väte för att bilda metanol. Teamet fann att 45P har en större andel frysta metanol än genomsnittet.

När denna reaktion ägde rum är en annan fråga - en som kommer till hjärtat av kometvetenskapen. Om metanolen producerades på korn av uris innan 45P bildades, då har kometen alltid varit så här. Å andra sidan, halterna av kolmonoxid och metanol i koma kan ha förändrats över tiden, särskilt för att Jupiter-familjekometer tillbringar mer tid nära solen än Oort Cloud-kometer gör.

"Kometforskare är som arkeologer, studera gamla prover för att förstå det förflutna, "sa Boncho Bonev, en astronom vid American University och den andra författaren på tidningen. "Vi vill skilja kometer som de bildats från den behandling de kan ha upplevt, som att skilja historiska reliker från senare föroreningar. "

Teamet är nu på väg att ta reda på hur typiska deras resultat kan vara bland liknande kometer. 45P var den första av fem sådana korta kometer som finns tillgängliga för studier 2017 och 2018. På hälarna på 45P fanns kometerna 2P/Encke och 41P/Tuttle-Giacobini-Kresak. På grund av nästa sommar och höst är 21P/Giacobini – Zinner, och senare kommer 46P/Wirtanen, som förväntas förbli inom 16 miljoner mil (16 miljoner kilometer) från jorden under större delen av december 2018.

"Denna forskning är banbrytande, "sa Faith Vilas, programchef för sol- och planetforskningsprogrammet vid National Science Foundation, eller NSF, vilket hjälpte till att stödja studien. "Detta vidgar vår kunskap om blandningen av molekylära arter som existerar i kärnorna hos kometer från Jovian-familjen, och skillnaderna som finns efter många resor runt solen. "

"Vi är glada att se denna första publikation från iSHELL, som byggdes genom ett partnerskap mellan NSF, University of Hawai'i, och NASA, "sa Kelly Fast, IRTF -programforskare vid NASA:s högkvarter. "Detta är bara det första av många iSHELL -resultat som kommer."