У новій статті, опублікованій сьогодні в журналі астрономія природи, Команда дослідників із Великобританії, Австралії та Америки описує, як новий аналіз древнього астероїда свідчить про те, що інопланетні пилові частинки несли воду на Землю під час формування планети.
Воду в зернах виробляли космічного вивітрювання, процес, за допомогою якого заряджені частинки Сонця, відомі як сонячний вітер, змінили хімічний склад зерен, щоб утворити молекули води.
Знахідка могла б відповісти на давнє питання про те, звідки надзвичайно багата водою Земля взяла океани, які покривають 70 відсотків її поверхні – набагато більше, ніж будь-яка інша скеляста планета нашої Сонячної системи. Це також може допомогти майбутнім космічним місіям знайти джерела води на безповітряних світах.
Вчені-планетологи десятиліттями ламають голову над джерелом земного океану. Одна з теорій припускає, що один тип космічної породи, що несе воду, відомий як астероїди типу С, міг принести води до планети на завершальній стадії свого формування 4.6 млрд років тому.
Щоб перевірити цю теорію, вчені раніше проаналізували ізотопний «відбиток пальців» шматків астероїдів типу С, які впали на Землю у вигляді багатих водою вуглецевих хондритових метеоритів. Якби співвідношення водню і дейтерію у воді метеоритів відповідало земній воді, вчені могли б зробити висновок, що ймовірним джерелом були метеорити типу С.
Результати були не такими однозначними. Хоча відбитки дейтерію/водню деяких багатих водою метеоритів дійсно збігалися з водою Землі, багато з них не збігалися. У середньому, рідкі відбитки пальців цих метеоритів не збігаються з водою в мантії Землі та океанах. Натомість Земля має інший, трохи легший ізотопний відбиток пальця.
Іншими словами, хоча частина земної води повинна бути отримана з метеоритів типу C, Земля, що формується, повинна була отримати воду з принаймні ще одного ізотопного джерела світла, яке виникло десь в Сонячній системі.
Команда під керівництвом Університету Глазго використовувала передовий аналітичний процес, який називається атомно-зондовою томографією, для ретельного вивчення зразків з іншого типу космічної породи, відомої як астероїд S-типу, який обертається ближче до Сонця, ніж C-типу. Зразки, які вони проаналізували, були отримані з астероїда під назвою Ітокава, які були зібрані японським космічним зондом Hayabusa і повернуті на Землю в 2010 році.
Атомно-зондова томографія дозволила команді вимірювати атомну структуру зерен по одному атому за раз і виявляти окремі молекули води. Їхні висновки показують, що значна кількість води утворювалася безпосередньо під поверхнею зерен розміром з пил з Ітокави в результаті космічного вивітрювання.
Рання Сонячна система була дуже запиленим місцем, що давало великі можливості для виробництва води під поверхнею космічних частинок пилу. Цей багатий водою пил, як припускають дослідники, посипався б на ранню Землю разом із астероїдами типу С, як частина доставки океанів Землі.
Доктор Люк Дейлі зі Школи географії та наук про Землю Університету Глазго є провідним автором статті. Доктор Дейлі сказав: «Сонячний вітер — це потоки переважно іонів водню та гелію, які постійно витікають із Сонця в космос. Коли ці іони водню потрапляють на безповітряну поверхню, як-от астероїд або космічну частинку пилу, вони проникають на кілька десятків нанометрів під поверхню, де можуть впливати на хімічний склад породи. З часом ефект «космічного вивітрювання» іонів водню може викидати достатню кількість атомів кисню з матеріалів у породі, щоб створити H.2O – вода – усередині мінералів на астероїді.
«Найважливіше те, що ця вода, отримана від сонячного вітру, вироблена ранньою сонячною системою, є ізотопно легкою. Це впевнено свідчить про те, що дрібнозернистий пил, збитий сонячним вітром і втягнутий у формуючу Землю мільярди років тому, може бути джерелом відсутнього резервуара води планети».
Професор Філ Бланд, видатний професор Школи наук про Землю і планету в Університеті Кертіна та співавтор статті, сказав: «Зондова томографія атома дозволяє нам неймовірно детально розглянути перші 50 нанометрів або близько того поверхні. пилу на Ітокаві, яка обертається навколо Сонця за 18-місячні цикли. Це дозволило нам побачити, що цей уламок витриманого космічного краю краю містив достатньо води, що, якщо ми збільшити його, буде приблизно 20 літрів на кожен кубічний метр скелі».
Співавтор, професор Мішель Томпсон з Департаменту наук про Землю, атмосферу та планету в Університеті Пердью додала: «Це тип вимірювання, який просто не був би можливим без цієї чудової технології. Це дає нам надзвичайне уявлення про те, як крихітні частинки пилу, що плавають у космосі, можуть допомогти нам збалансувати книги про ізотопний склад води на Землі та дати нам нові підказки, які допоможуть розгадати таємницю її походження».
Дослідники дуже дбали про те, щоб результати свого тестування були точними, проводячи додаткові експерименти з іншими джерелами, щоб перевірити свої результати.
Доктор Дейлі додав: «Система атомно-зондової томографії в Університеті Кертіна має світовий рівень, але до неї ніколи не звикли для такого аналізу водню, який ми тут проводили. Ми хотіли бути впевненими, що результати, які ми бачили, були точними. Я представив наші попередні результати на конференції місячних і планетарних наук у 2018 році і запитав, чи можуть хтось із присутніх колег допомогти нам підтвердити наші висновки за допомогою власних зразків. На нашу радість, колеги з Космічного центру НАСА Джонсона та Гавайського університету в університетах Маноа, Перд’ю, Вірджинія та Північної Арізони, а також національні лабораторії Айдахо та Сандії запропонували свою допомогу. Вони надали нам зразки подібних мінералів, опромінених гелієм і дейтерієм замість водню, і за результатами дослідження атомів цих матеріалів швидко стало зрозуміло, що те, що ми бачимо в Ітокаві, має позаземне походження.
«Колеги, які запропонували свою підтримку в цьому дослідженні, дійсно є командою мрії щодо космічного вивітрювання, тому ми дуже схвильовані доказами, які ми зібрали. Це могло б відкрити двері до набагато кращого розуміння того, як виглядала рання Сонячна система і як утворилися Земля та її океани».
Професор Джон Бредлі з Гавайського університету в Маноа, Гонолулу, співавтор статті, додав: Ще десять років тому з'явилася думка про те, що опромінення сонячного вітру має відношення до походження води в Сонячній системі. , що набагато менш стосується океанів Землі, було б зустрінено зі скептицизмом. Вперше показавши, що вода виробляється на місці на поверхні астероїда наше дослідження ґрунтується на накопиченні доказів того, що взаємодія сонячного вітру з багатими киснем пиловими зернами справді утворює воду.
«Оскільки пил, який був у великій кількості по всій сонячній туманності до початку планетезимальної акреції, був неминуче опромінений, вода, що виробляється цим механізмом, має безпосереднє відношення до походження води в планетарних системах і, можливо, до ізотопного складу океанів Землі».
Їхні оцінки того, скільки води може міститися на поверхнях із космічним впливом, також свідчать про те, як майбутні космічні дослідники можуть створювати запаси води навіть на найбільш посушливих планетах.
Співавтор професор Хоуп Ішіі з Гавайського університету в Маноа сказала: «Одна з проблем майбутнього освоєння космосу людьми полягає в тому, як астронавти знайдуть достатньо води, щоб підтримувати їх життя та виконувати свої завдання, не тягаючи її з собою в подорожі. .
«Ми вважаємо розумним припустити, що той самий процес космічного вивітрювання, який створив воду на Ітокаві, в тій чи іншій мірі відбувався на багатьох безповітряних світах, таких як Місяць або астероїд Веста. Це може означати, що космічні дослідники цілком можуть обробляти свіжі запаси води прямо з пилу на поверхні планети. Цікаво думати, що процеси, які сформували планети, можуть допомогти підтримувати людське життя, коли ми виходимо за межі Землі».
Доктор Дейлі додав: «Проект NASA Artemis має намір створити постійну базу на Місяці. Якщо на поверхні Місяця є подібний резервуар для води, який створює сонячний вітер, це дослідження, яке було виявлено на Ітокаві, було б величезним і цінним ресурсом, який допоможе досягти цієї мети».
Стаття команди під назвою «Внесок сонячного вітру в океани Землі» опублікована в Астрономія природи.
Дослідники з Університету Глазго, Університету Кертіна, Сіднейського університету, Оксфордського університету, Гавайського університету в Маноа, Музею природної історії, Національної лабораторії Ідха, Lockheed Martin, Sandia National Laboratories, NASA Johnson Space Center, Університет Вірджинії, Університет Північної Арізони та Університет Пердью зробили свій внесок у роботу.
