Аналіз древнього космічного пилу міг би розкрити таємницю походження води на Землі. У нещодавній статті, опублікованій в журналі Природа астрономії, 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.
Вода в зернах утворилася в результаті космічного вивітрювання, процесу, 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 несуть воду, відомий як астероїди типу С, міг принести воду на планету на останніх стадіях її формування 4.6 мільярда 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 Університет ГлазгоКоманда під керівництвом використовувала передовий аналітичний процес під назвою атом зондова томографія 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 Хаябуса 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 демонструють, що значна кількість води утворилася 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: «Сонячні вітри – 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. Згодом ефект «космічного вивітрювання» іонів водню може викидати достатню кількість атомів кисню з матеріалів у породі, щоб створити H2O – воду – у пастці 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, заслужений професор Школи Землі та планетарних наук Університету 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 в космосі краю містить 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 вона ніколи не була звикла 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 допомогли б хтось із присутніх колег підтвердити наші висновки за допомогою власних зразків. На нашу радість, колеги по Таємниця походження земної води: Сонце є дивовижним імовірним джерелом.
Довідка: «Внесок сонячного вітру в океани Землі» Люка Дейлі, Мартіна Р. Лі, Лідії Дж. Халліс, Хоуп А. Іші, Джона П. Бредлі, Філіпа. А. Бленд, Девід В. Саксі, Деніс Фужерус, Вільям Д. Рікард, Люсі В. Форман, Ніколас Е. Тіммс, Фред Джурден, Стівен М. Редді, Тобіас Салдж, Закарія Куадір, Евангелос Крістоу, Морган А. Кокс, Джеффрі А. . Агіар, Халід Хаттар, Ентоні Монтерроза, Ліндсі П. Келлер, Рой Крістоферсен, Кетрін А. Дюкс, Марк Дж. Леффлер і Мішель С. Томпсон, 29 листопада 2021 року, Природа астрономії.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01487-w
Дослідники з Університету Глазго, Університету Кертіна, Сіднейського університету, ст Дослідження було підтримано Радою фінансування науки і технологій, яка входить до складу UKRI; Шотландський альянс геонауки; Навколишнє середовище та суспільство (SAGES); Грант посівного матеріалу Об'єднаних Арабських Еміратів (ОАЕ); Національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору (НАСА); Science and Industry Endowment Fund (Science & Industry Endowment Fund); Австралійська дослідницька рада Discovery Early Career Researcher Award (ARC DECRA) DE190101307; Програма LIEF Австралійської дослідницької ради (ARC LE130100053); DOE | LDRD | Національна лабораторія Айдахо (Idaho National Lab) DOE | Національне управління ядерної безпеки (NNSA)
