Woda mogła zostać dostarczona na Ziemię przez komety

Naukowcy odkryli, że woda na komecie 67P/Churyumov-Gerasimenko ma podobną sygnaturę molekularną do tej w ziemskich oceanach. W przeciwieństwie do niektórych ostatnich analiz, ponownie wskazuje to, że to komety z okolic Jowisza, mogły pomóc w sprowadzeniu wody na naszą planetę.

Jak tłumaczą astronomowie z NASA, woda była niezbędna do powstania i rozwoju życia na Ziemi i pozostaje dla niego kluczowa dzisiaj. Podczas gdy pewna ilość wody prawdopodobnie istniała w gazie i pyle, z którego nasza planeta powstała się około 4,6 miliarda lat temu, to jej większość wyparowała, gdy Ziemia uformowała się w pobliżu intensywnego ciepła słonecznego. To, w jaki dokładny sposób nasz dom ostatecznie stała się bogaty w ciekłą wodę, pozostaje zagadką dla naukowców.

Badania wykazały, że część ziemskiej wody pochodziła z pary wydostającej się z wulkanów; skraplała się ona i wpadała do oceanów. Badacze znaleźli jednak dowody na to, że znaczna część zbiorników pochodzi z lodu i minerałów znalezionych na asteroidach i prawdopodobnie kometach, które uderzyły w Ziemię. Było to możliwe dzięki serii zderzeń komet i asteroid z wewnętrznymi planetami Układu Słonecznego 4 miliardy lat temu.

Podczas gdy związek między wodą z asteroid a ziemską jest silny, to rola komet zastanawiała astronomów. Kilka pomiarów tych ciał niebieskich z okolic Jowisza – które zawierają prymitywny materiał z wczesnego Układu Słonecznego i badacze uważają, że powstały one poza orbitą Saturna – wykazało silny związek między ich wodą a tą na naszej planecie. Analiza opierała się na sygnaturze molekularnej, której astronomowie używają do śledzenia pochodzenia wody w całym Układzie Słonecznym.

Sygnatura ta to stosunek deuteru (D) do zwykłego wodoru (H) w wodzie w dowolnym dowolnego obiekcie i daje naukowcom wskazówki na temat tego, gdzie ten obiekt się uformował. Deuter jest rzadkim, cięższym rodzajem – lub izotopem – wodoru. W porównaniu z ziemską wodą, ten stosunek wodoru w kometach i asteroidach może ujawnić, czy istnieje związek.

Ponieważ woda deuterowa częściej tworzy się w zimnych środowiskach, stężenie tego izotopu jest wyższe w obiektach, które powstały daleko od Słońca, takich jak komety, niż w obiektach, które powstały bliżej gwiazdy, takich jak asteroidy.

Pomiary zawartości deuteru w parze wodnej kilku innych komet z okolic Jowisza w ciągu ostatnich kilku dekad wykazały poziomy podobne do ziemskiej wody. Badania na ten temat zostały opublikowane w czasopiśmie Science Advances.

Jednak w 2014 roku misja ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) Rosetta do 67P podważyła pomysł, że komety z rodziny Jowisza pomogły dostarczyć wodę na Ziemię. Naukowcy, którzy przeanalizowali pomiary wody z Rosetty, odkryli najwyższe stężenie deuteru spośród wszystkich komet i około trzy razy więcej niż w ziemskich oceanach, które zawierają około jednego atomu deuteru na każde 6420 atomów wodoru.

W nowym badaniu, astronomowie z NASA, postanowili wykorzystać zaawansowane obliczenia statystyczne, aby zautomatyzować żmudny proces izolowania wody bogatej w deuter w ponad 16 tysiącach pomiarów wykonanych przez Rosettę. Sonda dokonała ich w chmurze gazu i pyłu otaczającego 67P. Naukowcy po raz pierwszy przeanalizowali wszystkie pomiary wody z całej misji.

Badacze chcieli zrozumieć, jakie procesy fizyczne powodują zmienność stosunków izotopów wodoru jakie posiadają komety. Badania laboratoryjne i obserwacje wykazały, że pył kometarny może wpływać na odczyty stosunku wodoru, które naukowcy wykrywają w chmurach otaczających ciała niebieskie, co może zmienić rozumienie tego, skąd pochodzi woda kometarna i jak wypada ona w porównaniu z ziemską.

Astronomowie znaleźli wyraźny związek między pomiarami deuteru w komecie 67P a ilością pyłu wokół sondy kosmicznej Rosetta, wskazując, że pomiary wykonane w pobliżu pojazdu kosmicznego w niektórych częściach komety mogą nie być reprezentatywne dla składu obiektu.

Gdy kometa porusza się po orbicie bliższej Słońca, jej powierzchnia nagrzewa się, powodując uwalnianie gazu z powierzchni, w tym pyłu z kawałkami lodu wodnego. Badania sugerują, że woda deuterowa przywiera do jego ziaren łatwiej niż zwykła. Gdy lód na ziarnach pyłu zostanie uwolniony do komety, efekt ten może sprawić, że będzie ona wydawać się mieć więcej deuteru niż w rzeczywistości.

Naukowcy odkryli, że zanim pył może dotrzeć do zewnętrznej części komety, co najmniej 150 kilometrów od jej ciała, jest już wysuszony. Po usunięciu bogatej w deuter wody, sonda kosmiczna może dokładnie zmierzyć ilość izotopu pochodzącego z ciała komety.

Odkrycie, zdaniem astronomów, jest ważne nie tylko dla zrozumienia roli jaką pełniły komety w dostarczaniu wody na Ziemię, ale także dla zrozumienia obserwacji tych ciał niebieskich, które mogą zapewnić wgląd w formowanie się wczesnego Układu Słonecznego.

Emil Gołoś