L'analyse d'anciennes poussières spatiales pourrait résoudre le mystère des origines de l'eau sur Terre. Dans un récent article publié dans la revue Nature Astronomie, une équipe de chercheurs du Royaume-Uni, d'Australie et d'Amérique décrivent comment une nouvelle analyse d'un ancien astéroïde suggère que des grains de poussière extraterrestres ont transporté de l'eau vers la Terre lors de la formation de la planète.
L'eau contenue dans les grains a été produite par l'altération de l'espace, un processus par lequel des particules chargées du Soleil connues sous le nom de vent solaire ont modifié la composition chimique des grains pour produire des molécules d'eau.
Cette découverte pourrait répondre à la question de longue date de savoir où la Terre exceptionnellement riche en eau a obtenu les océans qui couvrent 70 % de sa surface – bien plus que toute autre planète rocheuse de notre système solaire. Cela pourrait également aider les futures missions spatiales à trouver des sources d'eau sur des mondes sans air.
Les planétologues se sont interrogés pendant des décennies sur la source des océans de la Terre. Une théorie suggère qu'un type de roche spatiale porteuse d'eau connue sous le nom d'astéroïdes de type C aurait pu apporter de l'eau à la planète dans les dernières étapes de sa formation il y a 4.6 milliards d'années.
Pour tester cette théorie, les scientifiques ont déjà analysé les « empreintes digitales » isotopiques de morceaux d'astéroïdes de type C tombés sur Terre sous forme de météorites chondrites carbonées riches en eau. Si le rapport d'hydrogène et de deutérium dans l'eau de la météorite correspondait à celui de l'eau terrestre, les scientifiques pourraient conclure que les météorites de type C étaient la source probable.
Les résultats n'étaient pas aussi clairs. Alors que les empreintes digitales de deutérium/hydrogène de certaines météorites riches en eau correspondaient effectivement à l'eau de la Terre, beaucoup ne le faisaient pas. En moyenne, les empreintes liquides de ces météorites ne correspondaient pas à l'eau trouvée dans le manteau terrestre et les océans. Au lieu de cela, la Terre a une empreinte isotopique différente, légèrement plus légère.
En d'autres termes, alors qu'une partie de l'eau de la Terre doit provenir de météorites de type C, la Terre en formation doit avoir reçu de l'eau d'au moins une autre source de lumière isotopique provenant d'un autre endroit du système solaire.
Les Université de Glasgow-l'équipe dirigée a utilisé un processus analytique de pointe appelé atome sonde tomographie pour scruter des échantillons d'un autre type de roche spatiale connue sous le nom d'astéroïde de type S, qui orbite plus près du soleil que les types C. Les échantillons qu'ils ont analysés provenaient d'un astéroïde appelé Itokawa, qui ont été collectés par la sonde spatiale japonaise Hayabusa et sont revenus sur Terre en 2010.
La tomographie par sonde atomique a permis à l'équipe de mesurer la structure atomique des grains un atome à la fois et de détecter les molécules d'eau individuelles. Leurs découvertes démontrent qu'une quantité importante d'eau a été produite juste sous la surface de grains de la taille d'une poussière d'Itokawa par altération de l'espace.
Le système solaire primitif était un endroit très poussiéreux, offrant de nombreuses possibilités de production d'eau sous la surface des particules de poussière en suspension dans l'espace. Cette poussière riche en eau, selon les chercheurs, aurait plu sur la Terre primitive aux côtés d'astéroïdes de type C dans le cadre de la livraison des océans de la Terre.
Le Dr Luke Daly, de l'École des sciences géographiques et de la Terre de l'Université de Glasgow, est l'auteur principal de l'article. Le Dr Daly a déclaré : « Les vents solaires sont principalement des flux d'ions hydrogène et hélium qui s'écoulent constamment du Soleil vers l'espace. Lorsque ces ions hydrogène frappent une surface sans air comme un astéroïde ou une particule de poussière spatiale, ils pénètrent à quelques dizaines de nanomètres sous la surface, où ils peuvent affecter la composition chimique de la roche. Au fil du temps, l'effet d'« altération de l'espace » des ions hydrogène peut éjecter suffisamment d'atomes d'oxygène des matériaux de la roche pour créer du H2O – de l'eau – piégé dans les minéraux de l'astéroïde.
"Ce qui est crucial, c'est que cette eau dérivée du vent solaire produite par le système solaire primitif est isotopiquement légère. Cela suggère fortement que la poussière à grain fin, secouée par le vent solaire et aspirée dans la Terre en formation il y a des milliards d'années, pourrait être la source du réservoir manquant d'eau de la planète.
Le professeur Phil Bland, professeur émérite John Curtin à la School of Earth and Planetary Sciences de l'Université Curtin et co-auteur de l'article, a déclaré: «La tomographie par sonde atomique nous permet de jeter un regard incroyablement détaillé à l'intérieur des 50 premiers nanomètres environ de la surface de grains de poussière sur Itokawa, qui orbite autour du soleil en cycles de 18 mois. Cela nous a permis de voir que ce fragment de rebord altéré par l'espace contenait suffisamment d'eau qui, si nous l'agrandissions, représenterait environ 20 litres pour chaque mètre cube de roche.
La co-auteure, la professeure Michelle Thompson du Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes de l'Université Purdue, a ajouté : « C'est le genre de mesure qui n'aurait tout simplement pas été possible sans cette technologie remarquable. Cela nous donne un aperçu extraordinaire de la façon dont de minuscules particules de poussière flottant dans l'espace pourraient nous aider à équilibrer les livres sur la composition isotopique de l'eau de la Terre et nous donner de nouveaux indices pour aider à résoudre le mystère de ses origines.
Les chercheurs ont pris grand soin de s'assurer que les résultats de leurs tests étaient exacts, entreprenant des expériences supplémentaires avec d'autres sources pour vérifier leurs résultats.
Le Dr Daly a ajouté: «Le système de tomographie par sonde atomique de l'Université Curtin est de classe mondiale, mais il n'avait jamais vraiment été utilisé pour le type d'analyse de l'hydrogène que nous entreprenions ici. Nous voulions être sûrs que les résultats que nous voyions étaient exacts. J'ai présenté nos résultats préliminaires à la conférence sur les sciences lunaires et planétaires en 2018 et j'ai demandé si des collègues présents nous aideraient à valider nos découvertes avec leurs propres échantillons. Pour notre plus grand plaisir, collègues du Mystère des origines de l'eau de la Terre : le soleil est une source probable surprenante.
Référence : « Contributions du vent solaire aux océans de la Terre » par Luke Daly, Martin R. Lee, Lydia J. Hallis, Hope A. Ishii, John P. Bradley, Phillip. A. Bland, David W. Saxey, Denis Fougerouse, William DA Rickard, Lucy V. Forman, Nicholas E. Timms, Fred Jourdan, Steven M. Reddy, Tobias Salge, Zakaria Quadir, Evangelos Christou, Morgan A. Cox, Jeffrey A Aguiar, Khalid Hattar, Anthony Monterrosa, Lindsay P. Keller, Roy Christoffersen, Catherine A. Dukes, Mark J. Loeffler et Michelle S. Thompson, 29 novembre 2021, Nature Astronomie.
DOI : 10.1038/s41550-021-01487-w
Des chercheurs de l'Université de Glasgow, de l'Université Curtin, de l'Université de Sydney, de la La recherche a été soutenue par un financement du Conseil de financement des sciences et des technologies, qui fait partie de l'UKRI ; Alliance écossaise pour les géosciences ; Environnement et Société (SAGES) ; Subvention de démarrage des Émirats arabes unis (EAU); Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace (NASA); Fonds de dotation pour la science et l'industrie (Fonds de dotation pour la science et l'industrie); Bourse de recherche en début de carrière du Conseil australien de la recherche (ARC DECRA) DE190101307 ; Programme LIEF du Conseil australien de la recherche (ARC LE130100053) ; DOE | LDRD | Laboratoire national de l'Idaho (Laboratoire national de l'Idaho) DOE | Administration nationale de la sécurité nucléaire (NNSA)
