W nowym artykule opublikowanym dzisiaj w czasopiśmie Astronomia Przyrody, Zespół naukowców z Wielkiej Brytanii, Australii i Ameryki opisuje, w jaki sposób nowa analiza starożytnej asteroidy sugeruje, że pozaziemskie ziarna pyłu przenosiły wodę na Ziemię podczas formowania się planety.
Woda w ziarnach została wyprodukowana przez wietrzenie przestrzeni, proces, w którym naładowane cząsteczki pochodzące ze Słońca, znane jako wiatr słoneczny, zmieniały skład chemiczny ziaren w celu wytworzenia cząsteczek wody.
Odkrycie może odpowiedzieć na odwieczne pytanie, skąd niezwykle bogata w wodę Ziemia znalazła oceany pokrywające 70 procent jej powierzchni – znacznie więcej niż jakakolwiek inna skalista planeta w naszym Układzie Słonecznym. Może również pomóc przyszłym misjom kosmicznym znaleźć źródła wody na światach pozbawionych powietrza.
Planetolodzy od dziesięcioleci zastanawiają się nad źródłem ziemskich oceanów. Jedna z teorii sugeruje, że jeden rodzaj przenoszącej wodę skały kosmicznej, znany jako asteroidy typu C, mógł przynieść woda na planetę w końcowej fazie jej powstawania 4.6 miliarda lat temu.
Aby przetestować tę teorię, naukowcy wcześniej przeanalizowali izotopowy "odcisk palca" fragmentów asteroid typu C, które spadły na Ziemię jako bogate w wodę meteoryty chondrytowe zawierające węgiel. Gdyby stosunek wodoru i deuteru w wodzie meteorytowej odpowiadał temu w wodzie lądowej, naukowcy mogliby wywnioskować, że prawdopodobnym źródłem były meteoryty typu C.
Wyniki nie były aż tak jednoznaczne. Podczas gdy odciski palców niektórych bogatych w wodę meteorytów z deuterem/wodorem rzeczywiście pasowały do ziemskiej wody, wiele z nich nie. Średnio płynne odciski palców tych meteorytów nie pokrywały się z wodą znalezioną w płaszczu i oceanach Ziemi. Zamiast tego Ziemia ma inny, nieco lżejszy izotopowy odcisk palca.
Innymi słowy, podczas gdy część ziemskiej wody musiała pochodzić z meteorytów typu C, tworząca się Ziemia musiała otrzymać wodę z co najmniej jednego izotopowego źródła światła, które pochodzi z innego miejsca w Układzie Słonecznym.
Zespół kierowany przez Uniwersytet w Glasgow wykorzystał najnowocześniejszy proces analityczny zwany tomografią sond atomowych do zbadania próbek z innego typu skał kosmicznych, znanych jako asteroidy typu S, które krążą bliżej Słońca niż typy C. Próbki, które przeanalizowali, pochodziły z asteroidy o nazwie Itokawa, które zostały zebrane przez japońską sondę kosmiczną Hayabusa i wróciły na Ziemię w 2010 roku.
Tomografia sondy atomowej umożliwiła zespołowi zmierzenie struktury atomowej ziaren po jednym atomie na raz i wykrycie pojedynczych cząsteczek wody. Ich odkrycia pokazują, że znaczna ilość wody została wytworzona tuż pod powierzchnią ziaren wielkości pyłu z Itokawy w wyniku wietrzenia kosmicznego.
Wczesny układ słoneczny był bardzo zakurzonym miejscem, dającym mnóstwo okazji do produkcji wody pod powierzchnią cząstek pyłu unoszącego się w kosmosie. Ten bogaty w wodę pył, jak sugerują naukowcy, spadłby na wczesną Ziemię wraz z asteroidami typu C w ramach dostarczania ziemskich oceanów.
Głównym autorem artykułu jest dr Luke Daly z Wydziału Nauk Geograficznych i Nauk o Ziemi Uniwersytetu w Glasgow. Dr Daly powiedział: „Wiatry słoneczne to strumienie głównie jonów wodoru i helu, które stale wypływają ze Słońca w kosmos. Kiedy te jony wodoru uderzają w pozbawioną powietrza powierzchnię, taką jak asteroida lub unosząca się w kosmosie cząsteczka pyłu, przenikają kilkadziesiąt nanometrów pod powierzchnię, gdzie mogą wpływać na skład chemiczny skały. Z biegiem czasu efekt „wietrzenia kosmosu” jonów wodoru może wyrzucić wystarczającą ilość atomów tlenu z materiałów w skale, aby wytworzyć H2O – woda – uwięziona w minerałach na asteroidzie.
„Co najważniejsze, ta pochodząca z wiatru słonecznego woda produkowana przez wczesny układ słoneczny jest izotopowo lekka. To mocno sugeruje, że drobnoziarnisty pył, uderzony wiatrem słonecznym i wciągnięty w formującą się miliardy lat temu Ziemię, może być źródłem brakującego zbiornika wody na planecie”.
Prof. Phil Bland, John Curtin Distinguished Professor w School of Earth and Planetary Sciences na Curtin University i współautor artykułu, powiedział: „Tomografia sondy atomowej pozwala nam na niezwykle szczegółowe spojrzenie na pierwsze 50 nanometrów powierzchni ziaren pyłu na Itokawie, która krąży wokół Słońca w cyklach 18-miesięcznych. Pozwoliło nam to zobaczyć, że ten fragment zwietrzałego kosmosu obrzeża zawiera wystarczającą ilość wody, która po zwiększeniu skali wyniesie około 20 litrów na każdy metr sześcienny skały”.
Współautorka prof. Michelle Thompson z Wydziału Nauk o Ziemi, Atmosfery i Planetarnej na Uniwersytecie Purdue dodała: „To rodzaj pomiaru, który po prostu nie byłby możliwy bez tej niezwykłej technologii. Daje nam niezwykły wgląd w to, w jaki sposób maleńkie cząsteczki pyłu unoszące się w kosmosie mogą pomóc nam zrównoważyć książki na temat składu izotopowego wody na Ziemi i dać nam nowe wskazówki, które pomogą rozwiązać tajemnicę jej pochodzenia”.
Naukowcy dołożyli wszelkich starań, aby wyniki ich testów były dokładne, przeprowadzając dodatkowe eksperymenty z innymi źródłami w celu zweryfikowania ich wyników.
Dr Daly dodał: „System tomografii z sondą atomową na Curtin University jest światowej klasy, ale nigdy tak naprawdę nie był do tego przyzwyczajony do rodzaju analizy wodoru, którą tutaj przeprowadzamy. Chcieliśmy mieć pewność, że wyniki, które widzieliśmy, są dokładne. Przedstawiłem nasze wstępne wyniki na konferencji Lunar and Planetary Science w 2018 roku i zapytałem, czy jacyś koledzy z obecnych pomogliby nam zweryfikować nasze odkrycia na własnych próbkach. Ku naszemu zadowoleniu, koledzy z NASA Johnson Space Center i University of Hawai'i na uniwersytetach w Mānoa, Purdue, Wirginii i Północnej Arizonie, w krajowych laboratoriach Idaho i Sandia zaoferowali pomoc. Dali nam próbki podobnych minerałów napromieniowanych helem i deuterem zamiast wodoru, a z wyników sondy atomowej tych materiałów szybko stało się jasne, że to, co widzieliśmy w Itokawie, było pochodzenia pozaziemskiego.
„Koledzy, którzy zaoferowali swoje wsparcie w tych badaniach, są naprawdę wymarzonym zespołem ds. wietrzenia kosmosu, więc jesteśmy bardzo podekscytowani zebranymi przez nas dowodami. Może to otworzyć drzwi do znacznie lepszego zrozumienia, jak wyglądał wczesny Układ Słoneczny i jak powstały Ziemia i jej oceany”.
Profesor John Bradley z Uniwersytetu Hawajskiego w Mānoa w Honolulu, współautor artykułu, dodał: Jeszcze dziesięć lat temu pogląd, że napromieniowanie wiatrem słonecznym ma znaczenie dla pochodzenia wody w Układzie Słonecznym , znacznie mniej istotne dla ziemskich oceanów, zostałoby przyjęte ze sceptycyzmem. Pokazując po raz pierwszy, że woda jest produkowana in situ na powierzchni asteroidy nasze badania opierają się na gromadzącym się materiale dowodowym, że oddziaływanie wiatru słonecznego z bogatymi w tlen ziarnami pyłu rzeczywiście wytwarza wodę.
„Ponieważ pył, który był obfity w mgławicy słonecznej przed początkiem akrecji planetozymali, był nieuchronnie napromieniowany, woda wytwarzana przez ten mechanizm jest bezpośrednio związana z pochodzeniem wody w układach planetarnych i prawdopodobnie z izotopowym składem ziemskich oceanów”.
Ich szacunki dotyczące tego, ile wody może znajdować się na powierzchniach zwietrzałych w kosmosie, sugerują również sposób, w jaki przyszli badacze kosmosu mogliby wytwarzać zapasy wody nawet na najbardziej pozornie suchych planetach.
Współautor, profesor Hope Ishii z University of Hawai'i w Manoa, powiedział: „Jednym z problemów przyszłej eksploracji kosmosu przez ludzi jest to, jak astronauci znajdą wystarczającą ilość wody, aby utrzymać ich przy życiu i wykonać swoje zadania bez noszenia jej ze sobą podczas podróży .
„Uważamy, że rozsądne jest założenie, że ten sam proces wietrzenia kosmosu, który utworzył wodę na Itokawie, wystąpił w takim czy innym stopniu na wielu pozbawionych powietrza światach, takich jak Księżyc czy asteroida Westa. Może to oznaczać, że badacze kosmosu mogą równie dobrze przetwarzać świeże zapasy wody prosto z pyłu na powierzchni planety. Ekscytujące jest myślenie, że procesy, które utworzyły planety, mogą pomóc we wspieraniu ludzkiego życia, gdy sięgamy poza Ziemię”.
Dr Daly dodał: „Projekt Artemis NASA ma na celu ustanowienie stałej bazy na Księżycu. Jeśli na powierzchni Księżyca znajduje się podobny zbiornik wodny pozyskiwany z wiatru słonecznego, który naukowcy odkryli na Itokawie, byłby to ogromny i cenny zasób, który mógłby pomóc w osiągnięciu tego celu”.
Artykuł zespołu zatytułowany „Wkład wiatru słonecznego w oceany Ziemi” został opublikowany w Astronomia przyrody.
Naukowcy z University of Glasgow, Curtin University, University of Sydney, University of Oxford, University of Hawai'i at Mānoa, Natural History Museum, Idha National Laboratory, Lockheed Martin, Sandia National Laboratories, NASA Johnson Space Center, Uniwersytet Wirginii, Uniwersytet Północnej Arizony i Uniwersytet Purdue przyczyniły się do powstania artykułu.
