У липні 1994 року фрагменти комети Шумейкерів — Леві 9 один за одним урізалися в Юпітер. Це було перше зіткнення тіл Сонячної системи, яке люди спостерігали в реальному часі. Наслідки виявилися довготривалими: удари змінили хімію стратосфери планети на десятиліття.

Уже за хвилини після ударів у атмосфері з'явилися нові молекули — ціаністий водень (HCN), чадний газ (CO), вода, моносульфід вуглецю (CS) та інші. Частина з них присутня досі. Ці речовини осіли в стратосфері на глибині, де тиск менший за 0,1 мілібара, і найімовірніше утворилися внаслідок хімічних реакцій у розігрітому ударом газі, який поєднав речовину Юпітера й комети.

Питання про походження цих молекул досі повністю не з'ясоване. Один зі способів наблизитися до відповіді — виміряти їхній ізотопний склад.

Навіщо потрібні ізотопні співвідношення

Ізотопи — це різновиди одного хімічного елемента з різною кількістю нейтронів. Скажімо, вуглець-12 і вуглець-13, азот-14 і азот-15. Співвідношення між ними в різних об'єктах Сонячної системи неоднакове. Тому ці числа працюють як мітка, що вказує на резервуар матеріалу, з якого утворилася речовина.

Саме тут з'явилася загадка. У 1998 році, через чотири роки після зіткнення, дослідники виміряли співвідношення вуглецю й азоту в HCN Юпітера. Результати показали незвично низький вміст важких ізотопів — настільки, що подібного в Сонячній системі доти не спостерігали. Це наводило на думку або про нетиповий склад комети, або про невідомий механізм розділення ізотопів у гарячому ударному газі.

Що показав ALMA

Щоб перевірити ці результати, команда використала спостереження радіотелескопа ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) у Чилі, зроблені 2017 року. За допомогою розрахунків перенесення випромінювання астрономи визначили вміст двох ізотопних різновидів HCN — H¹³CN та HC¹⁵N — у шарі атмосфери з тиском від 0,03 до 1,8 мілібара.

Отримані значення:

вуглець-12 / вуглець-13 = 73 ± 5; азот-14 / азот-15 = 245 ± 29

У порівнянні з земними еталонами це відповідно 0,76─0,87 та 0,80─1,00 їхньої величини. А відносно загального складу Сонця й Юпітера — 0,69─0,87 і 0,42─0,70.

Головне те, що ці числа суперечать даним 1998 року. Замість сильного дефіциту важких ізотопів нові виміри вказують радше на їхнє збагачення відносно загального складу самого Юпітера.

Що це може означати

Автори пропонують два тлумачення такого збагачення. Перше: це прямий слід кометної речовини, збереженої в молекулах HCN. Друге: це наслідок 23 років хімічної еволюції в атмосфері Юпітера, яка могла поступово змінити ізотопний баланс.

Обидва пояснення поки лишаються припущеннями. Але сам факт розбіжності з ранніми вимірами показує, наскільки складно відновити хімічну історію одиничної події навіть через десятиліття спостережень. Наслідки зіткнення 1994 року й досі дають матеріал для нових досліджень.