В новой статье, опубликованной сегодня в журнале Природа Астрономия, группа исследователей из Великобритании, Австралии и Америки описала, как новый анализ древнего астероида предполагает, что частицы внеземной пыли несли воду на Землю по мере формирования планеты.
Вода в зернах была произведена космическое выветривание, процесс, с помощью которого заряженные частицы Солнца, известный как солнечный ветер, изменяли химический состав зерен с образованием молекул воды.
Открытие может ответить на давний вопрос о том, откуда на необычайно богатой водой Земле находятся океаны, которые покрывают 70 процентов ее поверхности - намного больше, чем у любой другой каменистой планеты в нашей Солнечной системе. Это также может помочь будущим космическим миссиям найти источники воды в безвоздушных мирах.
Ученые-планетологи десятилетиями ломали голову над источником океанов Земли. Одна теория предполагает, что один тип несущих воду космических скал, известный как астероиды C-типа, мог принести вода на планету на завершающей стадии своего формирования 4.6 миллиарда лет назад.
Чтобы проверить эту теорию, ученые ранее проанализировали изотопные «отпечатки пальцев» кусков астероидов C-типа, которые упали на Землю в виде богатых водой углеродистых хондритовых метеоритов. Если бы соотношение водорода и дейтерия в метеоритной воде соответствовало таковому в земной воде, ученые могли бы сделать вывод, что вероятным источником были метеориты C-типа.
Результаты были не такими однозначными. Хотя дейтериево-водородные отпечатки некоторых богатых водой метеоритов действительно соответствовали земной воде, многие - нет. В среднем жидкие отпечатки пальцев этих метеоритов не совпадали с водой, обнаруженной в мантии Земли и океанах. Вместо этого у Земли есть другой, чуть более светлый изотопный отпечаток.
Другими словами, хотя часть воды на Земле должна была поступать из метеоритов C-типа, формирующаяся Земля должна была получать воду по крайней мере от еще одного источника изотопного света, который возник где-то еще в Солнечной системе.
Команда под руководством Университета Глазго использовала передовой аналитический процесс, называемый атомно-зондовой томографией, для изучения образцов из другого типа космического камня, известного как астероид S-типа, который вращается ближе к Солнцу, чем C-типы. Образцы, которые они проанализировали, были взяты с астероида Итокава, которые были собраны японским космическим зондом Хаябуса и вернулись на Землю в 2010 году.
Атомно-зондовая томография позволила команде измерить атомную структуру зерен по одному атому за раз и обнаружить отдельные молекулы воды. Их результаты показывают, что значительное количество воды образовалось прямо под поверхностью пылинок Итокавы в результате космического выветривания.
Ранняя Солнечная система была очень пыльным местом, что давало много возможностей для образования воды под поверхностью переносимых из космоса частиц пыли. Исследователи предполагают, что эта богатая водой пыль осыпалась бы дождем на раннюю Землю вместе с астероидами C-типа как часть доставки океанов Земли.
Доктор Люк Дейли из Школы географии и наук о Земле Университета Глазго является ведущим автором статьи. Доктор Дейли сказал: «Солнечный ветер - это потоки в основном ионов водорода и гелия, которые постоянно текут от Солнца в космос. Когда эти ионы водорода ударяются о безвоздушную поверхность, такую как астероид или космическая частица пыли, они проникают на несколько десятков нанометров ниже поверхности, где они могут повлиять на химический состав породы. Со временем эффект «космического выветривания» ионов водорода может выбросить достаточно атомов кислорода из материалов в породе, чтобы создать H2О - вода - заключенная в минералах на астероиде.
«Важно отметить, что вода, полученная из солнечного ветра в ранней солнечной системе, изотопно легкая. Это убедительно свидетельствует о том, что мелкозернистая пыль, сотрясаемая солнечным ветром и втягиваемая в формирующуюся Землю миллиарды лет назад, могла быть источником недостающего резервуара с водой на планете ».
Профессор Фил Бланд, заслуженный профессор Джона Кертина в Школе наук о Земле и планетах Университета Кертина и соавтор статьи, сказал: «Атомно-зондовая томография позволяет нам получить невероятно подробный взгляд на первые 50 нанометров или около того поверхности. пылинок на Итокаве, который вращается вокруг Солнца с 18-месячным циклом. Это позволило нам увидеть, что этот фрагмент обветренного края содержал достаточно воды, которая, если мы увеличим ее масштаб, составила бы около 20 литров на каждый кубический метр породы ».
Соавтор профессор Мишель Томпсон из Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах Университета Пердью добавила: «Это такие измерения, которые были бы невозможны без этой замечательной технологии. Это дает нам необычайное понимание того, как крошечные частицы пыли, плавающие в космосе, могут помочь нам сбалансировать книги по изотопному составу воды Земли, и дать нам новые ключи к разгадке тайны ее происхождения ».
Исследователи очень позаботились о том, чтобы результаты их тестирования были точными, проводя дополнительные эксперименты с другими источниками, чтобы проверить свои результаты.
Д-р Дейли добавил: «Система томографии с атомным зондом в Университете Кертина - мирового класса, но она никогда не использовалась для анализа водорода, который мы проводим здесь. Мы хотели быть уверены в точности полученных результатов. Я представил наши предварительные результаты на конференции по лунной и планетарной науке в 2018 году и спросил, могут ли присутствующие коллеги помочь нам подтвердить наши выводы на собственных образцах. К нашему удовольствию, свою помощь предложили коллеги из космического центра НАСА имени Джонсона и Гавайского университета в университетах Маноа, Пердью, Вирджиния и Северная Аризона, а также из национальных лабораторий Айдахо и Сандиа. Они предоставили нам образцы подобных минералов, облученных гелием и дейтерием вместо водорода, и из результатов атомного зондирования этих материалов быстро стало ясно, что то, что мы видели в Итокаве, было внеземным по происхождению.
«Коллеги, которые предложили свою поддержку в этом исследовании, действительно представляют собой команду мечты в области космического выветривания, поэтому мы очень взволнованы собранными нами доказательствами. Это могло бы открыть дверь к гораздо лучшему пониманию того, как выглядела ранняя Солнечная система и как формировались Земля и ее океаны ».
Профессор Джон Брэдли из Гавайского университета в Маноа, Гонолулу, соавтор статьи, добавил: Еще десять лет назад идея о том, что облучение солнечным ветром имеет отношение к происхождению воды в солнечной системе, , гораздо менее актуальные для океанов Земли, были бы встречены скептически. Показав впервые, что вода производится на месте На поверхности астероида наше исследование основывается на накоплении доказательств того, что при взаимодействии солнечного ветра с обогащенными кислородом пылинками действительно образуется вода.
«Поскольку пыль, которой было много в солнечной туманности до начала аккреции планетезималей, неизбежно облучалась, вода, производимая этим механизмом, имеет прямое отношение к происхождению воды в планетных системах и, возможно, к изотопному составу океанов Земли».
Их оценки того, сколько воды может содержаться на поверхностях, подвергшихся космическому выветриванию, также указывают на то, как будущие исследователи космоса могли бы производить запасы воды даже на самых, казалось бы, засушливых планетах.
Соавтор, профессор Хоуп Исии из Гавайского университета в Маноа, сказала: «Одна из проблем будущего освоения космоса человеком - это то, как астронавты найдут достаточно воды, чтобы сохранить жизнь и выполнить свои задачи, не беря ее с собой в путешествие. .
«Мы считаем разумным предположить, что тот же процесс космического выветривания, который создал воду на Итокаве, в той или иной степени произойдет во многих безвоздушных мирах, таких как Луна или астероид Веста. Это может означать, что исследователи космоса вполне могут обрабатывать запасы пресной воды прямо из пыли на поверхности планеты. Приятно думать, что процессы, которые сформировали планеты, могут помочь поддержать человеческую жизнь, когда мы выйдем за пределы Земли ».
Доктор Дейли добавил: «Проект НАСА« Артемида »ставит своей целью создание постоянной базы на Луне. Если на лунной поверхности есть аналогичный резервуар с водой, источником которого является солнечный ветер, обнаруженное этим исследованием на Итокаве, это станет огромным и ценным ресурсом, который поможет в достижении этой цели ».
Статья команды под названием «Вклад солнечного ветра в состояние океанов Земли» опубликована в Природа Астрономия.
Исследователи из Университета Глазго, Университета Кертина, Сиднейского университета, Оксфордского университета, Гавайского университета в Маноа, Музея естественной истории, Национальной лаборатории Идха, Локхид Мартин, Национальных лабораторий Сандиа, Космического центра Джонсона НАСА, Университет Вирджинии, Университет Северной Аризоны и Университет Пердью внесли свой вклад в подготовку статьи.
