Σε μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Αστρονομία της φύσης, μια ομάδα ερευνητών από το Ηνωμένο Βασίλειο, την Αυστραλία και την Αμερική περιγράφει πώς νέα ανάλυση ενός αρχαίου αστεροειδούς υποδηλώνει ότι κόκκοι εξωγήινης σκόνης μετέφεραν νερό στη Γη καθώς σχηματίστηκε ο πλανήτης.
Το νερό στους κόκκους παρήχθη από διαστημικές καιρικές συνθήκες, μια διαδικασία με την οποία φορτισμένα σωματίδια από τον Ήλιο, γνωστά ως ηλιακός άνεμος, άλλαξαν τη χημική σύνθεση των κόκκων για να παράγουν μόρια νερού.
Το εύρημα θα μπορούσε να απαντήσει στο μακροχρόνιο ερώτημα σχετικά με το πού βρήκε η ασυνήθιστα πλούσια σε νερό Γη τους ωκεανούς που καλύπτουν το 70 τοις εκατό της επιφάνειάς της – πολύ περισσότερο από οποιονδήποτε άλλο βραχώδη πλανήτη στο Ηλιακό μας Σύστημα. Θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει μελλοντικές διαστημικές αποστολές να βρουν πηγές νερού σε κόσμους χωρίς αέρα.
Οι πλανητολόγοι έχουν προβληματιστεί για δεκαετίες σχετικά με την πηγή των ωκεανών της Γης. Μια θεωρία προτείνει ότι ένας τύπος διαστημικού βράχου που μεταφέρει το νερό, γνωστός ως αστεροειδείς τύπου C, θα μπορούσε να φέρει νερό στον πλανήτη στα τελικά στάδια του σχηματισμού του πριν από 4.6 δισεκατομμύρια χρόνια.
Για να δοκιμάσουν αυτή τη θεωρία, οι επιστήμονες έχουν αναλύσει προηγουμένως το ισοτοπικό «δακτυλικό αποτύπωμα» κομματιών αστεροειδών τύπου C που έχουν πέσει στη Γη ως πλούσιοι σε νερό ανθρακούχοι χονδρίτες μετεωρίτες. Εάν η αναλογία υδρογόνου και δευτερίου στο νερό των μετεωριτών ταίριαζε με αυτή του χερσαίου νερού, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να συμπεράνουν ότι οι μετεωρίτες τύπου C ήταν η πιθανή πηγή.
Τα αποτελέσματα δεν ήταν τόσο ξεκάθαρα. Ενώ ορισμένα αποτυπώματα δευτερίου/υδρογόνου ορισμένων πλούσιων σε νερό μετεωριτών ταίριαζαν πράγματι με το νερό της Γης, πολλοί δεν ταίριαζαν. Κατά μέσο όρο, τα υγρά δακτυλικά αποτυπώματα αυτών των μετεωριτών δεν ταιριάζουν με το νερό που βρίσκεται στον μανδύα της Γης και στους ωκεανούς. Αντίθετα, η Γη έχει ένα διαφορετικό, ελαφρώς ελαφρύτερο ισότοπο δακτυλικό αποτύπωμα.
Με άλλα λόγια, ενώ μέρος του νερού της Γης πρέπει να προέρχεται από μετεωρίτες τύπου C, η Γη που σχηματίζεται πρέπει να έχει λάβει νερό από τουλάχιστον μία ακόμη ισοτοπικά φωτεινή πηγή που προέρχεται από κάπου αλλού στο Ηλιακό Σύστημα.
Η ομάδα υπό την ηγεσία του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης χρησιμοποίησε μια αναλυτική διαδικασία αιχμής που ονομάζεται τομογραφία ατομικού ανιχνευτή για να εξετάσει προσεκτικά δείγματα από έναν διαφορετικό τύπο διαστημικού βράχου γνωστό ως αστεροειδής τύπου S, ο οποίος βρίσκεται σε τροχιά πιο κοντά στον ήλιο από τους τύπους C. Τα δείγματα που ανέλυσαν προήλθαν από έναν αστεροειδή που ονομάζεται Itokawa, τα οποία συλλέχθηκαν από το ιαπωνικό διαστημικό ανιχνευτή Hayabusa και επέστρεψαν στη Γη το 2010.
Η τομογραφία ατομικού ανιχνευτή επέτρεψε στην ομάδα να μετρήσει την ατομική δομή των κόκκων ένα άτομο τη φορά και να ανιχνεύσει μεμονωμένα μόρια νερού. Τα ευρήματά τους καταδεικνύουν ότι μια σημαντική ποσότητα νερού παρήχθη ακριβώς κάτω από την επιφάνεια κόκκων μεγέθους σκόνης από την Itokawa από τις καιρικές συνθήκες στο διάστημα.
Το πρώιμο ηλιακό σύστημα ήταν ένα πολύ σκονισμένο μέρος, παρέχοντας μεγάλη ευκαιρία για παραγωγή νερού κάτω από την επιφάνεια των σωματιδίων σκόνης που μεταδίδονται στο διάστημα. Αυτή η πλούσια σε νερό σκόνη, προτείνουν οι ερευνητές, θα είχε πέσει στην πρώιμη Γη μαζί με αστεροειδείς τύπου C ως μέρος της παράδοσης των ωκεανών της Γης.
Ο Δρ Luke Daly, της Σχολής Γεωγραφικών και Γεωεπιστημών του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης, είναι ο κύριος συγγραφέας της εργασίας. Ο Δρ Daly είπε: «Οι ηλιακοί άνεμοι είναι ρεύματα κυρίως ιόντων υδρογόνου και ηλίου που ρέουν συνεχώς από τον Ήλιο προς το διάστημα. Όταν αυτά τα ιόντα υδρογόνου χτυπήσουν μια επιφάνεια χωρίς αέρα, όπως ένας αστεροειδής ή ένα διαστημικό σωματίδιο σκόνης, διεισδύουν μερικές δεκάδες νανόμετρα κάτω από την επιφάνεια, όπου μπορούν να επηρεάσουν τη χημική σύνθεση του βράχου. Με την πάροδο του χρόνου, η επίδραση της «διαστημικής καιρικής» των ιόντων υδρογόνου μπορεί να εκτοξεύσει αρκετά άτομα οξυγόνου από υλικά στο βράχο για να δημιουργήσει H2O – νερό – παγιδευμένο μέσα σε ορυκτά στον αστεροειδή.
«Κυρίως, αυτό το νερό που προέρχεται από τον ηλιακό άνεμο που παράγεται από το πρώιμο ηλιακό σύστημα είναι ισοτοπικά ελαφρύ. Αυτό υποδηλώνει έντονα ότι η λεπτόκοκκη σκόνη, που κατακλύζεται από τον ηλιακό άνεμο και παρασύρεται στη σχηματιζόμενη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, θα μπορούσε να είναι η πηγή της λείπουσας δεξαμενής του νερού του πλανήτη».
Ο καθηγητής Phil Bland, διακεκριμένος καθηγητής John Curtin στη Σχολή Γης και Πλανητικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο Curtin και συν-συγγραφέας της εργασίας είπε: «Η τομογραφία με ατομικό ανιχνευτή μας επιτρέπει να ρίξουμε μια απίστευτα λεπτομερή ματιά μέσα στα πρώτα 50 νανόμετρα περίπου της επιφάνειας κόκκων σκόνης στην Itokawa, η οποία περιφέρεται γύρω από τον ήλιο σε κύκλους 18 μηνών. Μας επέτρεψε να δούμε ότι αυτό το θραύσμα στεφάνης περιείχε αρκετό νερό που, αν το κλιμακώναμε, θα ανερχόταν σε περίπου 20 λίτρα για κάθε κυβικό μέτρο βράχου».
Η συν-συγγραφέας καθ. Michelle Thompson του Τμήματος Επιστημών Γης, Ατμόσφαιρας και Πλανητών στο Πανεπιστήμιο Purdue πρόσθεσε: «Είναι το είδος της μέτρησης που απλά δεν θα ήταν δυνατό χωρίς αυτήν την αξιοσημείωτη τεχνολογία. Μας δίνει μια εξαιρετική εικόνα για το πώς τα μικροσκοπικά σωματίδια σκόνης που επιπλέουν στο διάστημα μπορεί να μας βοηθήσουν να ισορροπήσουμε τα βιβλία για την ισοτοπική σύνθεση του νερού της Γης και να μας δώσει νέες ενδείξεις για να λύσουμε το μυστήριο της προέλευσής του».
Οι ερευνητές φρόντισαν πολύ να διασφαλίσουν ότι τα αποτελέσματα των δοκιμών τους ήταν ακριβή, πραγματοποιώντας πρόσθετα πειράματα με άλλες πηγές για να επαληθεύσουν τα αποτελέσματά τους.
Ο Δρ Daly πρόσθεσε: «Το σύστημα τομογραφίας ατομικού ανιχνευτή στο Πανεπιστήμιο Curtin είναι παγκόσμιας κλάσης, αλλά ποτέ δεν είχε χρησιμοποιηθεί πραγματικά για το είδος της ανάλυσης του υδρογόνου που κάναμε εδώ. Θέλαμε να είμαστε σίγουροι ότι τα αποτελέσματα που βλέπαμε ήταν ακριβή. Παρουσίασα τα προκαταρκτικά αποτελέσματά μας στο συνέδριο Lunar and Planetary Science το 2018 και ρώτησα εάν κάποιοι συνάδελφοι που ήταν παρόντες θα μας βοηθούσαν να επικυρώσουμε τα ευρήματά μας με δικά τους δείγματα. Προς χαρά μας, συνάδελφοι στο Διαστημικό Κέντρο Johnson της NASA και στο Πανεπιστήμιο της Χαβάης στα Πανεπιστήμια Mānoa, Purdue, Virginia και Βόρεια Αριζόνα, εθνικά εργαστήρια του Idaho και της Sandia προσφέρθηκαν όλοι να βοηθήσουν. Μας έδωσαν δείγματα παρόμοιων ορυκτών που ακτινοβολήθηκαν με ήλιο και δευτέριο αντί για υδρογόνο, και από τα αποτελέσματα ανιχνευτών ατόμων αυτών των υλικών έγινε γρήγορα σαφές ότι αυτό που βλέπαμε στην Itokawa ήταν εξωγήινης προέλευσης.
«Οι συνάδελφοι που προσέφεραν την υποστήριξή τους σε αυτήν την έρευνα ισοδυναμούν πραγματικά με μια ονειρική ομάδα για τις διαστημικές καιρικές συνθήκες, επομένως είμαστε πολύ ενθουσιασμένοι με τα στοιχεία που έχουμε συλλέξει. Θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα σε μια πολύ καλύτερη κατανόηση του πώς έμοιαζε το πρώιμο Ηλιακό Σύστημα και πώς σχηματίστηκαν η Γη και οι ωκεανοί της».
Ο καθηγητής John Bradley, από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης στη Mānoa, Χονολουλού, συν-συγγραφέας της εργασίας, πρόσθεσε: Μόλις πριν από μια δεκαετία, η ιδέα ότι η ακτινοβολία του ηλιακού ανέμου σχετίζεται με την προέλευση του νερού στο ηλιακό σύστημα , πολύ λιγότερο σχετικό με τους ωκεανούς της Γης, θα είχε υποδεχτεί με σκεπτικισμό. Δείχνοντας για πρώτη φορά ότι παράγεται νερό επί τόπου στην επιφάνεια ενός αστεροειδούς, η μελέτη μας βασίζεται στο συσσωρευμένο σώμα αποδείξεων ότι η αλληλεπίδραση του ηλιακού ανέμου με κόκκους σκόνης πλούσιους σε οξυγόνο παράγει πράγματι νερό.
«Δεδομένου ότι η σκόνη που ήταν άφθονη σε όλο το ηλιακό νεφέλωμα πριν από την έναρξη της πλανητικής συσσώρευσης ακτινοβολήθηκε αναπόφευκτα, το νερό που παράγεται από αυτόν τον μηχανισμό σχετίζεται άμεσα με την προέλευση του νερού στα πλανητικά συστήματα και πιθανώς την ισοτοπική σύνθεση των ωκεανών της Γης».
Οι εκτιμήσεις τους για το πόσο νερό μπορεί να περιέχεται σε επιφάνειες που έχουν υποστεί φθορά από το διάστημα υποδηλώνουν επίσης έναν τρόπο με τον οποίο οι μελλοντικοί εξερευνητές του διαστήματος θα μπορούσαν να παράγουν προμήθειες νερού ακόμη και στους πιο φαινομενικά άνυδρους πλανήτες.
Η συν-συγγραφέας Καθηγήτρια Hope Ishii του Πανεπιστημίου της Χαβάης στο Mānoa είπε: «Ένα από τα προβλήματα της μελλοντικής ανθρώπινης εξερεύνησης του διαστήματος είναι πώς οι αστροναύτες θα βρουν αρκετό νερό για να τους κρατήσουν ζωντανούς και να ολοκληρώσουν τα καθήκοντά τους χωρίς να το φέρουν μαζί τους στο ταξίδι τους .
«Πιστεύουμε ότι είναι λογικό να υποθέσουμε ότι η ίδια διαδικασία διαστημικής διάβρωσης που δημιούργησε το νερό στην Itokawa θα έχει συμβεί στον ένα ή τον άλλο βαθμό σε πολλούς κόσμους χωρίς αέρα, όπως η Σελήνη ή ο αστεροειδής Vesta. Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι οι εξερευνητές του διαστήματος μπορεί κάλλιστα να είναι σε θέση να επεξεργάζονται φρέσκα αποθέματα νερού απευθείας από τη σκόνη στην επιφάνεια του πλανήτη. Είναι συναρπαστικό να σκεφτόμαστε ότι οι διαδικασίες που σχημάτισαν τους πλανήτες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην υποστήριξη της ανθρώπινης ζωής καθώς φτάνουμε πέρα από τη Γη».
Ο Δρ Daly πρόσθεσε: «Το έργο Artemis της NASA σκοπεύει να δημιουργήσει μια μόνιμη βάση στη Σελήνη. Εάν η σεληνιακή επιφάνεια έχει μια παρόμοια δεξαμενή νερού που προέρχεται από τον ηλιακό άνεμο που ανακάλυψε αυτή η έρευνα στο Itokawa, θα αντιπροσώπευε έναν τεράστιο και πολύτιμο πόρο για να βοηθήσει στην επίτευξη αυτού του στόχου».
Η εργασία της ομάδας, με τίτλο «Η συμβολή του ηλιακού ανέμου στους ωκεανούς της Γης», δημοσιεύεται στο Φύση Αστρονομία.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης, το Πανεπιστήμιο Curtin, το Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ, το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, το Πανεπιστήμιο της Χαβάης στη Mānoa, το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας, το Εθνικό Εργαστήριο Idha, το Lockheed Martin, τα Εθνικά Εργαστήρια Sandia, το Διαστημικό Κέντρο NASA Johnson, το Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, το Πανεπιστήμιο της Βόρειας Αριζόνα και το Πανεπιστήμιο Purdue συνέβαλαν όλα στην εργασία.
