U novom radu objavljenom danas u časopisu Astronomija prirode, tim istraživača iz Ujedinjenog Kraljevstva, Australije i Amerike opisuje kako nova analiza drevnog asteroida sugerira da su izvanzemaljska zrnca prašine nosila vodu na Zemlju dok se planet formirao.
Vodu u žitaricama proizvela je svemirsko vrijeme, proces kojim su nabijene čestice sa Sunca poznate kao solarni vjetar promijenile kemijski sastav zrna kako bi proizvele molekule vode.
Ovo otkriće moglo bi odgovoriti na dugotrajno pitanje otkuda je Zemlja neobično bogata vodom dobila oceane koji pokrivaju 70 posto njezine površine - daleko više od bilo kojeg drugog stjenovitog planeta u našem Sunčevom sustavu. To bi također moglo pomoći budućim svemirskim misijama da pronađu izvore vode na svjetovima bez zraka.
Planetarni znanstvenici desetljećima se zbunjuju oko izvora Zemljinih oceana. Jedna teorija sugerira da je jedna vrsta svemirske stijene koja nosi vodu poznata kao asteroidi tipa C mogla donijeti vode do planete u završnoj fazi svog formiranja prije 4.6 milijardi godina.
Kako bi testirali tu teoriju, znanstvenici su prethodno analizirali izotopski 'otisak prsta' dijelova asteroida C-tipa koji su pali na Zemlju kao ugljični hondritni meteoriti bogati vodom. Ako je omjer vodika i deuterija u vodi meteorita odgovarao onom u kopnenoj vodi, znanstvenici bi mogli zaključiti da su meteoriti tipa C vjerojatni izvor.
Rezultati nisu bili tako jasni. Dok su otisci prstiju nekih meteorita bogatih vodom i deuterija/vodika doista odgovarali Zemljinoj vodi, mnogi nisu. U prosjeku, tekući otisci prstiju ovih meteorita nisu se slagali s vodom koja se nalazi u Zemljinom plaštu i oceanima. Umjesto toga, Zemlja ima drugačiji, malo lakši izotopski otisak prsta.
Drugim riječima, dok je dio Zemljine vode morao potjecati iz meteorita tipa C, Zemlja koja se formirala morala je primiti vodu iz barem još jednog izvora izotopske svjetlosti koji potječe negdje drugdje u Sunčevom sustavu.
Tim pod vodstvom Sveučilišta u Glasgowu koristio je vrhunski analitički proces nazvan tomografiju atomske sonde za pomno ispitivanje uzoraka iz različite vrste svemirskih stijena poznatih kao asteroid tipa S, koji orbitiraju bliže Suncu od C-tipova. Uzorci koje su analizirali potječu s asteroida zvanog Itokawa, koje je prikupila japanska svemirska sonda Hayabusa i vratila na Zemlju 2010. godine.
Tomografija atomske sonde omogućila je timu da izmjeri atomsku strukturu zrna jedan po atom i otkrije pojedinačne molekule vode. Njihovi nalazi pokazuju da je značajna količina vode nastala neposredno ispod površine zrnaca veličine prašine iz Itokawe svemirskim vremenskim prilikama.
Rani Sunčev sustav bio je vrlo prašnjavo mjesto, pružajući veliku priliku za proizvodnju vode ispod površine svemirskih čestica prašine. Ova prašina bogata vodom, sugeriraju istraživači, padala bi na ranu Zemlju zajedno s asteroidima tipa C kao dio isporuke Zemljinih oceana.
Dr. Luke Daly, sa Škole za geografske i geografske znanosti Sveučilišta u Glasgowu, glavni je autor rada. Dr Daly je rekao: “Sunčevi vjetrovi su tokovi uglavnom vodikovih i helijevih iona 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 desetaka nanometara ispod površine, gdje mogu utjecati na kemijski sastav stijene. S vremenom, učinak vodikovih iona 'svemirskog trošenja' može izbaciti dovoljno atoma kisika iz materijala u stijeni kako bi se stvorio H2O – voda – zarobljena unutar minerala na asteroidu.
“Ključno je da je ova voda dobivena iz solarnog vjetra proizvedena u ranom Sunčevom sustavu izotopski lagana. To snažno sugerira da bi sitnozrnasta prašina, koju je udario sunčev vjetar i uvučena u Zemlju koja se formirala prije milijardi godina, mogla biti izvor nestalog rezervoara vode planeta.”
Prof. Phil Bland, ugledni profesor John Curtin na Školi za Zemlju i planetarne znanosti na Sveučilištu Curtin i koautor rada rekao je: “Atomska sondna tomografija omogućuje nam nevjerojatno 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 ruba iz svemira sadrži dovoljno vode da bi, ako bismo ga povećali, iznosio oko 20 litara za svaki kubični metar stijene.”
Koautorica prof. Michelle Thompson s Odjela za Zemljine, atmosferske i planetarne znanosti na Sveučilištu 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 u ravnoteži u knjigama o izotopskom sastavu vode na Zemlji i dati nam nove tragove koji će nam pomoći u rješavanju misterija njezina podrijetla.”
Istraživači su se jako potrudili da rezultati njihova testiranja budu točni, poduzimajući dodatne eksperimente s drugim izvorima kako bi potvrdili svoje rezultate.
Dr Daly je dodao: “Sustav tomografije atomske sonde na Sveučilištu Curtin je svjetske klase, ali nikada nije bio naviknut za analizu vodika koju smo ovdje provodili. Željeli smo biti sigurni da su rezultati koje smo vidjeli točni. Predstavio sam naše preliminarne rezultate na konferenciji o lunarnoj i planetarnoj znanosti 2018. i pitao bi li nam itko od prisutnih kolega mogao pomoći da potvrdimo naše nalaze vlastitim uzorcima. Na naše zadovoljstvo, kolege iz NASA-inog svemirskog centra Johnson i Sveučilišta Hawai'i na sveučilištima Mānoa, Purdue, Virginia i Northern Arizona, nacionalni laboratoriji Idaho i Sandia ponudili su pomoć. Dali su nam uzorke sličnih minerala ozračenih helijem i deuterijem umjesto vodikom, a iz rezultata atomske sonde tih materijala brzo je postalo jasno da je ono što smo vidjeli u Itokawi izvanzemaljskog porijekla.
“Kolege koji su ponudili svoju podršku ovom istraživanju doista predstavljaju tim iz snova za svemirske vremenske uvjete, tako da smo vrlo uzbuđeni dokazima koje smo prikupili. To bi moglo otvoriti vrata puno boljem razumijevanju kako je izgledao rani Sunčev sustav i kako su nastali Zemlja i njezini oceani.”
Profesor John Bradley, sa Sveučilišta Hawai'i u Mānoi, Honolulu, koautor rada, dodao je: Još prije desetak godina, ideja da je zračenje sunčevog vjetra relevantno za podrijetlo vode u Sunčevom sustavu , mnogo manje relevantan za Zemljine oceane, bio bi dočekan sa skepticizmom. Po prvi put pokazujući da se voda proizvodi in situ na površini asteroida, naša studija se temelji na gomilanju dokaza da interakcija sunčevog vjetra sa zrncima prašine bogate kisikom doista proizvodi vodu.
“Budući da je prašina koja je bila u izobilju diljem Sunčeve maglice prije početka planetezimalne akrecije neizbježno bila ozračena, voda proizvedena ovim mehanizmom izravno je relevantna za podrijetlo vode u planetarnim sustavima i vjerojatno za izotopski sastav Zemljinih oceana.”
Njihove procjene o tome koliko vode može biti sadržano u površinama izloženim vremenskim uvjetima također sugeriraju način na koji bi budući svemirski istraživači mogli proizvoditi zalihe vode čak i na naizgled najsušnijim planetima.
Koautorica, profesorica Hope Ishii sa Sveučilišta Hawai'i u Mānoi, rekla je: “Jedan od problema budućeg istraživanja ljudskog svemira je kako će astronauti pronaći dovoljno vode da ih održavaju na životu i izvršavaju svoje zadatke, a da je ne nose sa sobom na svom putovanju .
“Mislimo da je razumno pretpostaviti da će se isti proces svemirskih vremenskih uvjeta koji je stvorio vodu na Itokawi u jednom ili drugom stupnju dogoditi na mnogim svjetovima bez zraka poput Mjeseca ili asteroida Vesta. To bi moglo značiti da bi svemirski istraživači mogli obraditi svježe zalihe vode izravno iz prašine na površini planeta. Uzbudljivo je misliti da bi procesi koji su formirali planete mogli pomoći da se podupre ljudski život dok izlazimo izvan Zemlje.”
Dr Daly je dodao: “NASA-in projekt Artemis namjerava uspostaviti stalnu bazu na Mjesecu. Ako Mjesečeva površina ima sličan rezervoar vode koji potiče od solarnog vjetra koje je ovo istraživanje otkrilo na Itokawi, to bi predstavljalo ogroman i vrijedan resurs za pomoć u postizanju tog cilja.”
Rad tima pod naslovom 'Doprinos solarnog vjetra Zemljinim oceanima' objavljen je u Astronomija prirode.
Istraživači sa Sveučilišta Glasgow, Sveučilišta Curtin, Sveučilišta u Sydneyu, Sveučilišta Oxford, Sveučilišta Hawai'i u Mānoi, Prirodoslovnog muzeja, Nacionalnog laboratorija Idha, Lockheed Martina, Nacionalnog laboratorija Sandia, NASA-in svemirski centar Johnson, Sveučilište Virginia, Sveučilište Northern Arizona i Sveučilište Purdue dali su svoj doprinos radu.
