U novom radu objavljenom danas u časopisu Astronomija prirode, tim istraživača iz Velike Britanije, Australije i Amerike opisuje kako nova analiza drevnog asteroida sugerira da su vanzemaljska zrnca prašine nosila vodu na Zemlju dok se planeta formirala.
Vodu u žitaricama proizveo je svemirskih vremenskih uslova, proces kojim su nabijene čestice sa Sunca poznate kao solarni vjetar promijenile hemijski sastav zrna da bi proizvele molekule vode.
Ovo otkriće moglo bi da odgovori na dugotrajno pitanje odakle je Zemlja neobično bogata vodom dobila okeane koji pokrivaju 70 posto njene površine – daleko više od bilo koje druge kamenite planete u našem Sunčevom sistemu. To bi također moglo pomoći budućim svemirskim misijama da pronađu izvore vode na svjetovima bez zraka.
Planetarni naučnici decenijama se zbunjuju oko izvora Zemljinih okeana. Jedna teorija sugerira da bi jedan tip svemirskog kamena koji nosi vodu poznat kao asteroidi tipa C mogao donijeti vode do planete u završnoj fazi svog formiranja prije 4.6 milijardi godina.
Da bi testirali tu teoriju, naučnici su prethodno analizirali izotopski 'otisak prsta' komada asteroida C-tipa koji su pali na Zemlju kao karbonski hondritni meteoriti bogati vodom. Ako se odnos vodonika i deuterijuma u vodi meteorita poklapa sa onim u kopnenoj vodi, naučnici bi mogli zaključiti da su meteoriti tipa C vjerovatni izvor.
Rezultati nisu bili tako jasni. Dok su otisci prstiju nekih meteorita bogatih vodom i deuterijuma/vodikom zaista odgovarali Zemljinoj vodi, mnogi nisu. U proseku, tečni otisci prstiju ovih meteorita nisu se poklapali sa vodom koja se nalazi u Zemljinom omotaču i okeanima. Umjesto toga, Zemlja ima drugačiji, malo lakši izotopski otisak prsta.
Drugim riječima, dok je dio Zemljine vode morao poticati iz meteorita C-tipa, Zemlja koja se formira morala je primiti vodu iz barem još jednog izvora izotopske svjetlosti koji potiče negdje drugdje u Sunčevom sistemu.
Tim koji predvodi Univerzitet u Glasgowu koristio je najsavremeniji analitički proces nazvan tomografiju atomske sonde kako bi ispitao uzorke iz različite vrste svemirskih stijena poznatih kao asteroid tipa S, koji orbitiraju bliže Suncu od C-tipova. Uzorci koje su analizirali došli su sa asteroida zvanog Itokawa, koje je prikupila japanska svemirska sonda Hayabusa i vratila na Zemlju 2010. godine.
Tomografija sa atomskom sondom omogućila je timu da izmjeri atomsku strukturu zrna jedan po jedan atom i otkrije pojedinačne molekule vode. Njihovi nalazi pokazuju da je značajna količina vode nastala neposredno ispod površine zrna veličine prašine iz Itokawe svemirskim vremenskim prilikama.
Rani solarni sistem je bio veoma prašnjavo mesto, pružajući veliku priliku da se voda proizvodi ispod površine čestica prašine iz svemira. Ova prašina bogata vodom, sugerišu istraživači, bi padala na ranu Zemlju zajedno sa asteroidima tipa C kao deo isporuke Zemljinih okeana.
Dr Luke Daly, sa Škole za geografske i geografske nauke Univerziteta u Glazgovu, glavni je autor rada. Dr Daly je rekao: “Sunčevi vjetrovi su tokovi uglavnom vodikovih i helijumovih jona koji neprestano teku sa Sunca u svemir. Kada ti vodikovi ioni udare u površinu bez zraka poput asteroida ili čestica prašine u svemiru, prodiru nekoliko desetina nanometara ispod površine, gdje mogu utjecati na kemijski sastav stijene. Vremenom, efekat "svemirskih vremenskih uslova" vodikovih jona može izbaciti dovoljno atoma kiseonika iz materijala u steni da stvori H2O – voda – zarobljena unutar minerala na asteroidu.
“Ključno je da je ova voda iz solarnog vjetra proizvedena u ranom solarnom sistemu izotopski lagana. To snažno sugerira da bi sitnozrnasta prašina, koju je udario solarni vjetar i uvučena u Zemlju koja se formirala prije milijardi godina, mogla biti izvor nestalog rezervoara vode na planeti.”
Prof. Phil Bland, ugledni profesor John Curtin na Školi za Zemlju i planetarne nauke na Univerzitetu Curtin i koautor rada, rekao je: “Atomska sondna tomografija nam omogućava da pogledamo nevjerovatno detaljan pogled unutar prvih 50 nanometara površine zrna prašine na Itokawi, koja kruži oko Sunca u ciklusima od 18 mjeseci. To nam je omogućilo da vidimo da ovaj fragment oboda koji je bio izložen svemirskom vremenu sadrži dovoljno vode da bi, ako bismo ga povećali, iznosio oko 20 litara po svakom kubnom metru stijene.”
Koautor prof. Michelle Thompson sa Odsjeka za Zemljine, atmosferske i planetarne nauke na Univerzitetu Purdue dodala je: „To je vrsta mjerenja koja jednostavno ne bi bila moguća bez ove izvanredne tehnologije. To nam daje izvanredan uvid u to kako bi nam sitne čestice prašine koje plutaju svemirom mogle pomoći da uravnotežimo knjige o izotopskom sastavu vode na Zemlji i da nam daju nove tragove koji će nam pomoći u rješavanju misterije njenog porijekla.”
Istraživači su se veoma pobrinuli da rezultati njihovog testiranja budu tačni, poduzimajući dodatne eksperimente s drugim izvorima kako bi potvrdili svoje rezultate.
Dr Daly je dodao: „Sistem za tomografiju sa atomskom sondom na Univerzitetu Curtin je svjetske klase, ali nikada nije bio naviknut za analizu vodonika koju smo ovdje radili. Željeli smo biti sigurni da su rezultati koje smo vidjeli tačni. Predstavio sam naše preliminarne rezultate na konferenciji o lunarnoj i planetarnoj nauci 2018. i pitao da li bi nam bilo koji od prisutnih kolega pomogao da potvrdimo naše nalaze vlastitim uzorcima. Na naše zadovoljstvo, kolege iz NASA-inog svemirskog centra Johnson i Univerziteta Hawai'i na univerzitetima Mānoa, Purdue, Virginia i Northern Arizona, nacionalnim laboratorijima Idaho i Sandia ponudili su pomoć. Dali su nam uzorke sličnih minerala ozračenih helijumom i deuterijumom umjesto vodonikom, a iz rezultata atomske sonde tih materijala brzo je postalo jasno da je ono što smo vidjeli u Itokawi vanzemaljskog porijekla.
„Kolege koje su ponudile svoju podršku ovom istraživanju zaista predstavljaju tim iz snova za svemirske vremenske uslove, tako da smo veoma uzbuđeni dokazima koje smo prikupili. To bi moglo otvoriti vrata puno boljem razumijevanju kako je izgledao rani Sunčev sistem i kako su nastali Zemlja i njeni okeani.”
Profesor John Bradley, sa Univerziteta Hawai'i u Manoi, Honolulu, koautor rada, dodao je: Još prije jedne decenije, ideja da je zračenje sunčevog vjetra relevantno za porijeklo vode u Sunčevom sistemu , mnogo manje relevantan za Zemljine okeane, bio bi dočekan sa skepticizmom. Po prvi put pokazujući da se voda proizvodi in-situ na površini asteroida, naša studija se zasniva na gomilanju dokaza da interakcija solarnog vjetra sa zrncima prašine bogatim kisikom zaista proizvodi vodu.
“Budući da je prašina koja je bila u izobilju u cijeloj solarnoj magli prije početka planetezimalne akrecije neizbježno bila ozračena, voda proizvedena ovim mehanizmom direktno je relevantna za porijeklo vode u planetarnim sistemima i moguće izotopski sastav Zemljinih okeana.”
Njihove procene o tome koliko vode može biti sadržano u površinama izloženim vremenskim uslovima takođe sugerišu način na koji bi budući svemirski istraživači mogli da proizvedu zalihe vode čak i na naizgled najsušnijim planetama.
Koautorica profesorica Hope Ishii sa Univerziteta Hawai'i u Manoi rekla je: „Jedan od problema budućeg istraživanja ljudskog svemira je kako će astronauti pronaći dovoljno vode da ih održe u životu i izvršavaju svoje zadatke, a da je ne nose sa sobom na svom putovanju. .
“Smatramo da je razumno pretpostaviti da će se isti proces svemirskog trošenja koji je stvorio vodu na Itokawi u ovom ili onom stepenu desiti na mnogim svjetovima bez zraka poput Mjeseca ili asteroida Vesta. To bi moglo značiti da bi svemirski istraživači mogli obraditi svježe zalihe vode direktno iz prašine na površini planete. Uzbudljivo je misliti da bi procesi koji su formirali planete mogli pomoći da se podrži ljudski život dok izlazimo izvan Zemlje.”
Dr Daly je dodao: “NASA-in projekat Artemis ima za cilj uspostavljanje stalne baze na Mjesecu. Ako lunarna površina ima sličan rezervoar vode koji potiče od solarnog vjetra koje je ovo istraživanje otkrilo na Itokawi, to bi predstavljalo ogroman i vrijedan resurs koji bi pomogao u postizanju tog cilja.”
Rad tima pod naslovom 'Doprinos solarnog vjetra Zemljinim okeanima' objavljen je u Prirodna astronomija.
Istraživači sa Univerziteta u Glazgovu, Univerziteta Curtin, Univerziteta u Sidneju, Univerziteta u Oksfordu, Univerziteta Hawai'i u Manoi, Prirodnjačkog muzeja, Nacionalne laboratorije Idha, Lockheed Martina, Nacionalne laboratorije Sandia, NASA Džonson svemirskog centra, Univerzitet Virdžinije, Univerzitet Sjeverne Arizone i Univerzitet Purdue dali su svoj doprinos radu.
