Waarom een komeet wel een groene kop heeft, maar geen groene staart

De verdampende kop van een komeet die de zon nadert, kleurt vaak felgroen, maar de twee staarten van de komeet kleuren gek genoeg nooit mee. Die zijn witgelig en blauw. Wetenschappers weten nu waardoor: groene moleculen op de kop worden afgebroken door lichtdeeltjes van de zon nog voor ze in de staart terechtkomen. Wetenschappers uit Sydney publiceerden de resultaten vorige week in het blad PNAS. Ze bevestigen daarmee een theorie die bijna een eeuw geleden al werd geopperd door de Duitse natuurkundige Gerhard Herzberg.

Kometen zijn ballen van ijs, steen en stof. Het zijn restanten van de vorming van het zonnestelsel en zijn meestal zo’n 4,6 miljard jaar oud. De grootte van een komeet varieert van enkele tot tientallen kilometers in breedte. Het zonnestelsel wordt omringd door twee zones tjokvol kometen: de Kuipergordel en de Oortwolk. De Kuipergordel is een zone, een soort donut om het zonnestelsel heen, en begint achter de baan van planeet Neptunus. De Oortwolk is een schil om het zonnestelsel heen op een afstand zo’n tienduizendmaal de afstand van de aarde tot de zon. Zo nu en dan komt er een komeet uit een van die zones het zonnestelsel binnenvallen en maakt vervolgens een elliptische baan om de zon heen. Inmiddels zitten er duizenden kometen in het zonnestelsel. Soms zijn ze te zien vanaf de aarde.

Stofstaart en gasstaart

Zodra een komeet de zon nadert, warmt die op en spuugt gas en stof uit. Daarbij ontstaan twee staarten, een van stofdeeltjes en een gasstaart van elektrisch geladen moleculen. De staarten kunnen miljoenen kilometers lang worden. Wanneer de kop, de ijsbal zelf, in de buurt komt van de zon, kan hij felgroen worden.

Het molecuul diatomische koolstof (C₂) veroorzaakt die groene kleur. Dat zijn twee aan elkaar geplakte koolstofatomen. Op aarde is dat een zeldzaam molecuul. Hier komt het soms even voor in bijvoorbeeld vuur en dat geeft een groene kleur, maar het reageert vrijwel meteen met andere moleculen in de lucht. In het vacuüm van de ruimte kan het molecuul wel blijven bestaan. Op de kop van een komeet ontstaat diatomische koolstof door interacties tussen de zon en organische moleculen op de kop. De diatomische koolstof zit als een groene wolk om de kop heen. De stofstaart van de komeet is witgelig door de reflectie van zonlicht. In de gasstaart zit dicht bij de kop nog een klein beetje groene diatomische koolstof, maar verder voornamelijk blauwig koolstofmonoxide. De vraag waarom groene diatomische koolstof altijd alleen in de kop te zien is, en nooit verderop in de gasstaart, hield astronomen al zo’n eeuw bezig.

Er was al een vermoeden. In 1930 kwam Herzberg met het idee dat lichtdeeltjes van de zon de groene diatomische koolstof weer snel opbreken in twee losse koolstofatomen, nog voor die de gasstaart bereikt. Alleen, zijn theorie is lastig te bewijzen in het lab, omdat diatomische koolstof zo onstabiel is op aarde.

Lasers op het gas gericht

Nu is het voor het eerst gelukt om het opbreken van diatomische koolstof met lichtdeeltjes na te bootsen in het lab. Wetenschappers onder leiding van de University of New South Wales in Australië schoten daarvoor eerst met een laser chloor weg van een groot molecuul, tetrachlooretheen (C₂Cl₄). Zo hielden ze een gas van diatomische koolstof over. Dat gas pompten ze vervolgens snel in een vacuümkamer van twee meter lang. Daarna richtten ze uv-lasers op het gas om te kijken hoeveel lichtdeeltjes nodig zijn om een bepaalde hoeveelheid diatomische koolstof te vernietigen tot twee losse koolstofatomen. Op die manier berekenden de wetenschappers dat de lichtdeeltjes van de zon inderdaad genoeg zijn om het diatomische koolstof van een kometenkop te vernietigen, voor die de staart bereikt.

„Slim gedaan”, zegt Ignas Snellen, sterrenkundige aan de Universiteit Leiden. „Dat het bijna een eeuw geduurd heeft om de omstandigheden rondom een komeet na te bootsen in het lab, laat wel zien hoe lastig het is.”

Nu, tot begin januari, is komeet Leonard dichtbij genoeg om vanaf de aarde te bekijken met een verrekijker of telescoop. De komeet is ongeveer een kilometer breed en jakkert met zo’n 47 kilometer per seconde door het zonnestelsel. De week voor kerst stond hij het dichtstbij, op een afstand van zo’n 35 miljoen kilometer. Snellen: „Ook Leonard was te zien met zo’n felgroene kleur in de kop.”