Niedawno przeprowadzone badanie ziaren pozaziemskiego pyłu pozwoliło zbliżyć się do rozwiązania zagadki pochodzenia wody na Ziemi. Okazuje się, że woda na naszej planecie istnieje dzięki... Słońcu.
W niedawnym artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature Astronomy, zespół naukowców z Wielkiej Brytanii, Australii i Ameryki pokazuje, że za pochodzeniem ziemskiej wody stoi pył, który opadał na młodą Ziemię podczas jej formowania.
Planetolodzy od dziesięcioleci zastanawiają się nad źródłem ziemskich oceanów. Jedna z teorii sugeruje, że pewien rodzaj niosących wodę skał kosmicznych, znanych jako planetoidy typu C, mógł dostarczyć wodę na naszą planetę w końcowych etapach jej powstawania 4,6 miliarda lat temu. Aby przetestować tę teorię, naukowcy przeanalizowali izotopowy „odcisk palca” fragmentów planetoid typu C, które spadły na Ziemię jako bogate w wodę chondryty węgliste.
Co interesowało naukowców? Otóż gdyby stosunek obfitości wodoru do deuteru w badanej przez nich wodzie meteorytowej odpowiadał temu, który występuje w wodzie ziemskiej, można by wnioskować, że faktycznie, prawdopodobnym źródłem ziemskiej wody były meteoryty typu C. Wyniki przeprowadzonych przez nich badań nie były jednak jednoznaczne. W niektórych bogatych w wodę meteorytach stosunki obfitości izotopów wodoru rzeczywiście pasowały do wody znajdującej się w płaszczu i oceanach Ziemi, lecz w innych tak nie było. Wniosek był następujący: jako że izotopowy ciężar ziemskiej wody jest mniejszy, formująca się Ziemia musiała pozyskać wodę z co najmniej jeszcze jednego źródła o lżejszym składzie izotopowym.
Na ilustracji: Ciekawy, zróżnicowany teren Itokawy i brak kraterów po uderzeniu wskazują, że planetoida ta jest zasadniczo stertą gruzu. Źródło: JAXA
Zespół badaczy z Uniwersytetu w Glasgow wykorzystał najnowocześniejszy proces analityczny zwany tomografią atomową do zbadania próbek pochodzących z innego typu skał kosmicznych, znanych jako planetoidy typu S, które krążą bliżej Słońca niż typy C. Próbki, które przeanalizowali, pochodziły z planetoidy o nazwie Itokawa. Zostały one zebrane przez japońską sondę kosmiczną Hayabusa i wróciły na Ziemię w 2010 roku. Tomografia atomowa umożliwiła zespołowi zbadanie struktury atomowej ziaren pyłu atom po atomie i wykrycie w nich pojedynczych cząsteczek wody. Ich odkrycia pokazują, że znaczna ilość wody została wytworzona tuż pod powierzchnią ziaren wielkości pyłu z Itokawy w wyniku wietrzenia kosmicznego.
Badanie pyłu z Itokawy pokazało, że zawiera on około 20 litrów wody na każdy metr sześcienny skały!
Młody Układ Słoneczny był bardzo zapylonym miejscem. Pył ten był nieustannie oświetlany promieniami młodego Słońca, z którego płynął silny strumień wiatru słonecznego. Wiatr słoneczny składa się głównie z jonów wodoru i helu, które nieustannie wypływają ze Słońca w przestrzeń kosmiczną. Kiedy jony wodoru uderzają w pozbawioną atmosfery powierzchnię, taką jak planetoida lub unosząca się w kosmosie cząsteczka pyłu, przenikają kilkadziesiąt nanometrów pod powierzchnię, gdzie mogą wpływać na skład chemiczny skały. Z biegiem czasu ten proces kosmicznego wietrzenia może wyrzucić wystarczającą ilość atomów tlenu z materiału tworzącego planetoidę lub pył, aby wytworzyć H2O – wodę – uwięzioną w minerałach na planetoidzie. Co najważniejsze, ta pochodząca z wiatru słonecznego woda jest izotopowo lekka, co zgadza się ze składem izotopowym wody ziemskiej. To zaś sugeruje, że drobnoziarnisty pył, smagany wiatrem słonecznym i opadający na formującą się miliardy lat temu Ziemię, rzeczywiście może być brakującym źródłem wody na naszej planecie.
To odkrycie rewolucjonizuje nasze myślenie o ewolucji Układu Słonecznego. Jeszcze dziesięć lat temu pogląd, że wiatr słoneczny może mieć znaczenie dla pochodzenia wody w Układzie Słonecznym zostałby przyjęty z dużym sceptycyzmem!
Na ilustracji: Grafika przedstawiająca wiatr słoneczny zaznaczony symbolami „+” odnoszącymi się do jonów wodoru (czyli protonów) tworzący cząsteczki wody z pyłu na planetoidzie Itokawa. Źródło: University of Glasgow
Jednym z problemów przyszłej eksploracji kosmosu przez ludzi jest to, jak astronauci znajdą wystarczającą ilość wody, aby mogli utrzymać się przy życiu i wykonać swoje zadania, tak by nie musieli wozić tej wody ze sobą. Być może nie będzie to potrzebne. Rozsądnie jest bowiem przyjąć, że ten sam proces kosmicznego wietrzenia, który stworzył wodę na Itokawie, zachodzi w takim czy innym stopniu na wielu innych pozbawionych atmosfery światach, takich jak np. Księżyc czy planetoida Westa.
Uzyskane przez naukowców oszacowanie ile wody może znajdować się na powierzchniach asteroid poddanych procesowi kosmicznego wietrzenia jest bardzo obiecujące. Całkiem możliwe, że przyszli badacze kosmosu będą pozyskiwać świeżą wodę z pyłu zalegającego na nawet najbardziej pozornie suchych planetach. Może to być interesujące dla uczestników projektu NASA Artemis, którego celem jest ustanowienie stałej bazy na Księżycu. Jeśli na powierzchni Księżyca znajduje się podobny zbiornik wodny, zasilany przez wiatr słoneczny, który naukowcy odkryli na Itokawie, byłby to ogromny i cenny zasób, który mógłby pomóc w osiągnięciu tego celu.
Więcej informacji: publikacja pt. „Solar wind contributions to Earth’s oceans” Daly L. i in, Nature Astronomy vol. 5, str. 1275–1285 (2021)
Na ilustracji: Meteoryty w drodze na Ziemię i przebijają się przez atmosferę. Źródło: University of Glasgow
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
