Tänään lehdessä julkaistussa uudessa artikkelissa Luonnon tähtitiede, Yhdistyneen kuningaskunnan, Australian ja Amerikan tutkijoiden ryhmä kuvailee, kuinka uusi muinaisen asteroidin analyysi viittaa siihen, että maan ulkopuoliset pölyjyvät kantoivat vettä Maahan planeetan muodostuessa.
Jyvissä olevan veden tuotti avaruuden sääprosessi, jossa aurinkotuulena tunnetut varautuneet hiukkaset muuttivat rakeiden kemiallista koostumusta vesimolekyyliksi.
Löytö voisi vastata pitkään kestäneeseen kysymykseen siitä, mistä epätavallisen vesirikkaalla maapallolla on valtameret, jotka peittävät 70 prosenttia sen pinnasta – paljon enemmän kuin mikään muu aurinkokuntamme kiviplaneetta. Se voisi myös auttaa tulevia avaruustehtäviä löytämään vesilähteitä ilmattomista maailmoista.
Planeettatutkijat ovat ihmetelleet vuosikymmeniä Maan valtamerten lähteestä. Eräs teoria ehdottaa, että yhden tyyppinen vettä kuljettava avaruuskivi, joka tunnetaan C-tyypin asteroideina, olisi voinut tuoda vettä planeetalle muodostumisen loppuvaiheessa 4.6 miljardia vuotta sitten.
Tämän teorian testaamiseksi tutkijat ovat aiemmin analysoineet isotooppisen "sormenjäljen" C-tyypin asteroidien palasista, jotka ovat pudonneet Maahan vesipitoisina hiilipitoisina kondriittimeteoriiteina. Jos vedyn ja deuteriumin suhde meteoriittivedessä olisi sama kuin maaveden suhde, tutkijat voisivat päätellä, että C-tyypin meteoriitit olivat todennäköisin lähde.
Tulokset eivät olleet niin yksiselitteisiä. Vaikka joidenkin vesipitoisten meteoriittien deuterium/vetysormenjäljet todellakin vastasivat Maan vettä, monet eivät. Keskimäärin näiden meteoriittien nestemäiset sormenjäljet eivät vastanneet Maan vaipan ja valtamerten vettä. Sen sijaan maapallolla on erilainen, hieman vaaleampi isotooppinen sormenjälki.
Toisin sanoen, vaikka osan Maan vedestä on täytynyt olla peräisin C-tyypin meteoriiteista, muodostuvan maan on täytynyt saada vettä ainakin yhdestä muusta isotooppisesta valonlähteestä, joka on peräisin jostain muualta aurinkokunnasta.
Glasgow'n yliopiston johtama tiimi käytti huippuluokan analyyttistä prosessia, nimeltään atomikoetintomografia, tutkiakseen näytteitä erityyppisestä avaruuskivestä, joka tunnetaan nimellä S-tyypin asteroidi, joka kiertää lähempänä aurinkoa kuin C-tyypin asteroidit. Heidän analysoimansa näytteet olivat peräisin Itokawa-nimisestä asteroidista, jotka japanilainen avaruusluotain Hayabusa keräsi ja palasi Maahan vuonna 2010.
Atomikoetintomografia mahdollisti jyvien atomirakenteen mittaamisen atomi kerrallaan ja yksittäisten vesimolekyylien havaitsemisen. Heidän havainnot osoittavat, että huomattava määrä vettä tuotti Itokawasta peräisin olevien pölykokoisten jyvien pinnan alapuolella avaruuden sään vaikutuksesta.
Varhainen aurinkokunta oli erittäin pölyinen paikka, joka tarjosi paljon mahdollisuuksia veden tuottamiseen avaruudessa levittävien pölyhiukkasten pinnan alla. Tämä vesirikas pöly, tutkijoiden mukaan, olisi satanut varhaiselle maapallolle C-tyypin asteroidien rinnalla osana maan valtamerten toimittamista.
Tohtori Luke Daly, Glasgow'n yliopiston maantieteellisten ja maantieteellisten tieteiden koulusta, on paperin johtava kirjoittaja. Tohtori Daly sanoi: "Aurinkotuulet ovat enimmäkseen vety- ja heliumionivirtoja, jotka virtaavat jatkuvasti Auringosta avaruuteen. Kun nämä vetyionit osuvat ilmattomaan pintaan, kuten asteroidiin tai avaruudessa kulkeutuneeseen pölyhiukkaseen, ne tunkeutuvat muutaman kymmenen nanometrin syvyyteen pinnan alle, missä ne voivat vaikuttaa kiven kemialliseen koostumukseen. Ajan myötä vetyionien "avaruuden säänkestävä" vaikutus voi syrjäyttää tarpeeksi happiatomeja kivessä olevista materiaaleista H:n luomiseksi.2O – vesi – loukussa asteroidin mineraaleihin.
”Ratkaisevaa on, että tämä varhaisen aurinkokunnan tuottama aurinkotuulen tuottama vesi on isotooppisesti kevyttä. Tämä viittaa vahvasti siihen, että hienorakeinen pöly, jonka aurinkotuulen puhaltaa ja joka on vetänyt muodostuvaan Maahan miljardeja vuosia sitten, voi olla planeetan puuttuvan vesisäiliön lähde."
Professori Phil Bland, John Curtinin arvostettu professori School of Earth and Planetary Sciencesissa Curtinin yliopistossa ja julkaisun toinen kirjoittaja, sanoi: "Atomiluotaimen tomografian avulla voimme tarkastella uskomattoman yksityiskohtaista pintaa noin 50 nanometrin sisällä. pölyjyviä Itokawalla, joka kiertää aurinkoa 18 kuukauden jaksoissa. Sen avulla pystyimme näkemään, että tämä avaruuden haalistuneen reunan fragmentti sisälsi tarpeeksi vettä, että jos sitä suurennettaisiin, se olisi noin 20 litraa jokaista kivikuutiometriä kohden.
Toinen kirjoittaja, professori Michelle Thompson Purduen yliopiston maa-, ilmakehä- ja planeettitieteiden laitokselta lisäsi: "Se on sellainen mittaus, joka ei yksinkertaisesti olisi ollut mahdollista ilman tätä merkittävää tekniikkaa. Se antaa meille poikkeuksellisen ymmärryksen siitä, kuinka avaruudessa kelluvat pienet pölyhiukkaset voivat auttaa meitä tasapainottamaan Maan veden isotooppikoostumusta käsitteleviä kirjoja ja antaa meille uusia vihjeitä, jotka auttavat ratkaisemaan sen alkuperän mysteerin.
Tutkijat pitivät suurta huolta varmistaakseen, että heidän testauksensa tulokset olivat tarkkoja ja tekivät lisäkokeita muiden lähteiden kanssa varmistaakseen tulosten.
Tohtori Daly lisäsi: "Curtinin yliopiston atomikoettimen tomografiajärjestelmä on maailmanluokkaa, mutta sitä ei ollut koskaan todella käytetty sellaiseen vetyanalyysiin, jota teimme täällä. Halusimme olla varmoja siitä, että näkemämme tulokset olivat tarkkoja. Esittelin alustavat tulokset Lunar and Planetary Science -konferenssissa vuonna 2018 ja kysyin, auttaisiko joku paikalla ollut kollegoistamme vahvistamaan havainnot omilla näytteillään. Iloksemme kollegat NASA Johnson Space Centeristä ja Hawai'in yliopistosta Mānoan, Purduen, Virginian ja Northern Arizonan yliopistoissa sekä Idahon ja Sandian kansallisissa laboratorioissa tarjoutuivat auttamaan. He antoivat meille näytteitä samankaltaisista mineraaleista, joita oli säteilytetty heliumilla ja deuteriumilla vedyn sijasta, ja näiden materiaalien atomikoettimien tuloksista kävi nopeasti selväksi, että se, mitä näimme Itokawassa, oli alkuperältään maan ulkopuolista.
”Tässä tutkimuksessa tukensa tarjonneet kollegat ovat todellakin unelmatiimi avaruussään, joten olemme erittäin innoissamme keräämistämme todisteista. Se voisi avata oven paljon parempaan ymmärrykseen siitä, miltä varhainen aurinkokunta näytti ja kuinka maa ja sen valtameret muodostuivat.
Professori John Bradley Havaijin yliopistosta Mānoasta Honolulussa, artikkelin toinen kirjoittaja, lisäsi: Vielä kymmenen vuotta sitten käsitys, jonka mukaan aurinkotuulen säteilyllä on merkitystä aurinkokunnan veden alkuperälle. , joka on paljon vähemmän merkityksellinen Maan valtamerien kannalta, olisi suhtauduttu skeptisesti. Näyttämällä ensimmäistä kertaa, että vettä tuotetaan in situ asteroidin pinnalla tutkimuksemme perustuu kertyviin todisteisiin siitä, että aurinkotuulen vuorovaikutus happea sisältävien pölyjyvien kanssa todellakin tuottaa vettä.
"Koska pölyä, jota oli runsaasti kaikkialla aurinkosumussa ennen planetesimaalisen kertymisen alkamista, säteilytettiin väistämättä, tämän mekanismin tuottama vesi on suoraan relevanttia planeettajärjestelmien veden alkuperälle ja mahdollisesti Maan valtamerten isotooppiselle koostumukselle."
Heidän arvionsa siitä, kuinka paljon vettä saattaa sisältää avaruuden haalistuneita pintoja, viittaavat myös tapaan, jolla tulevat avaruustutkijat voisivat valmistaa vettä jopa kaikkein kuivimmilla planeetoilla.
Toinen kirjoittaja, professori Hope Ishii Havaijin yliopistosta Mānoasta sanoi: "Yksi tulevaisuuden ihmisen avaruustutkimuksen ongelmista on se, kuinka astronautit löytävät tarpeeksi vettä pitääkseen heidät hengissä ja suorittaakseen tehtävänsä ilman, että he kantavat sitä mukanaan matkallaan. .
"Mielestämme on järkevää olettaa, että sama avaruuden sääprosessi, joka loi veden Itokawalle, on tapahtunut jossain määrin monissa ilmattomissa maailmoissa, kuten Kuussa tai asteroidissa Vestassa. Tämä voi tarkoittaa, että avaruustutkijat voivat hyvinkin pystyä käsittelemään tuoretta vettä suoraan planeetan pinnalla olevasta pölystä. On jännittävää ajatella, että prosessit, jotka muodostivat planeetat, voisivat auttaa tukemaan ihmiselämää, kun saavutamme Maan ulkopuolelle."
Tohtori Daly lisäsi: "NASA:n Artemis-projekti aikoo perustaa pysyvän tukikohdan Kuuhun. Jos kuun pinnalla on samanlainen aurinkotuulen tuottama vesivarasto, jonka tämä tutkimus paljasti Itokawasta, se olisi valtava ja arvokas resurssi tämän tavoitteen saavuttamisessa.
Ryhmän paperi, jonka otsikko on "Solar Wind Contribution's to the Earth's Oceans", on julkaistu Luontotähtitiede.
Tutkijat Glasgow'n yliopistosta, Curtinin yliopistosta, Sydneyn yliopistosta, Oxfordin yliopistosta, Hawai'in yliopistosta Mānoasta, Natural History Museumista, Idhan kansallisesta laboratoriosta, Lockheed Martinista, Sandia National Laboratoriesista, NASA Johnson Space Centeristä, Virginian yliopisto, Northern Arizonan yliopisto ja Purduen yliopisto ovat kaikki osallistuneet paperin laatimiseen.
