I en ny artikkel publisert i dag i tidsskriftet Natur astronomi, et team av forskere fra Storbritannia, Australia og Amerika beskriver hvordan ny analyse av en eldgammel asteroide antyder at utenomjordiske støvkorn fraktet vann til jorden ettersom planeten ble dannet.
Vannet i kornene ble produsert av plassforvitring, en prosess der ladede partikler fra solen kjent som solvind endret den kjemiske sammensetningen av kornene for å produsere vannmolekyler.
Funnet kan svare på det mangeårige spørsmålet om akkurat hvor den uvanlig vannrike jorden fikk havene som dekker 70 prosent av overflaten – langt mer enn noen annen steinete planet i vårt solsystem. Det kan også hjelpe fremtidige romferder med å finne kilder til vann på luftløse verdener.
Planetforskere har i flere tiår undret seg over kilden til jordens hav. En teori antyder at en type vannførende rombergart kjent som C-type asteroider kunne ha brakt vann til planeten i sluttfasen av dannelsen for 4.6 milliarder år siden.
For å teste den teorien har forskere tidligere analysert det isotopiske "fingeravtrykket" til biter av C-type asteroider som har falt til jorden som vannrike karbonholdige kondrittmeteoritter. Hvis forholdet mellom hydrogen og deuterium i meteorittvannet samsvarte med terrestrisk vann, kunne forskerne konkludere med at C-type meteoritter var den sannsynlige kilden.
Resultatene var ikke fullt så klare. Mens noen vannrike meteoritters deuterium/hydrogen-fingeravtrykk faktisk samsvarte med jordens vann, var det mange som ikke gjorde det. I gjennomsnitt stemte ikke disse meteorittenes flytende fingeravtrykk med vannet som finnes i jordens mantel og hav. I stedet har jorden et annet, litt lettere isotopisk fingeravtrykk.
Med andre ord, mens noe av jordens vann må ha kommet fra C-type meteoritter, må den dannede jorden ha mottatt vann fra minst én mer isotopisk lyskilde som har sin opprinnelse et annet sted i solsystemet.
Teamet ledet av University of Glasgow brukte en banebrytende analytisk prosess kalt atomsondetomografi for å granske prøver fra en annen type rombergart kjent som en S-type asteroide, som kretser nærmere solen enn C-typer. Prøvene de analyserte kom fra en asteroide kalt Itokawa, som ble samlet inn av den japanske romsonden Hayabusa og returnert til jorden i 2010.
Atomsondetomografi gjorde det mulig for teamet å måle atomstrukturen til kornene ett atom om gangen og oppdage individuelle vannmolekyler. Funnene deres viser at en betydelig mengde vann ble produsert like under overflaten av korn på størrelse med støv fra Itokawa ved romforvitring.
Det tidlige solsystemet var et veldig støvete sted, og ga mange muligheter til å produsere vann under overflaten av rombårne støvpartikler. Dette vannrike støvet, foreslår forskerne, ville ha regnet ned på den tidlige jorden sammen med asteroider av C-type som en del av leveringen av jordens hav.
Dr. Luke Daly, ved University of Glasgow's School of Geographical and Earth Sciences, er hovedforfatter av papiret. Dr Daly sa: "Solvindene er strømmer av hovedsakelig hydrogen- og heliumioner som strømmer konstant fra solen og ut i verdensrommet. Når disse hydrogenionene treffer en luftløs overflate som en asteroide eller en rombåren støvpartikkel, trenger de inn noen titalls nanometer under overflaten, hvor de kan påvirke den kjemiske sammensetningen av bergarten. Over tid kan "romforvitringseffekten" av hydrogenionene støte ut nok oksygenatomer fra materialer i bergarten til å skape H2O – vann – fanget i mineraler på asteroiden.
"Det er avgjørende at dette solvind-avledede vannet produsert av det tidlige solsystemet er isotopisk lett. Det tyder sterkt på at finkornet støv, slått av solvinden og trukket inn i den dannede jorden for milliarder av år siden, kan være kilden til det manglende reservoaret av planetens vann.»
Prof. Phil Bland, en John Curtin Distinguished Professor ved School of Earth and Planetary Sciences ved Curtin University og medforfatter av papiret sa "Atomsondetomografi lar oss ta en utrolig detaljert titt inne i de første 50 nanometerne eller så av overflaten av støvkorn på Itokawa, som går i bane rundt solen i 18-måneders sykluser. Det tillot oss å se at dette fragmentet av romforvitret rand inneholdt nok vann til at hvis vi skalert det opp, ville det utgjøre omtrent 20 liter for hver kubikkmeter stein.»
Medforfatter Prof. Michelle Thompson ved Institutt for jord-, atmosfære- og planetvitenskap ved Purdue University la til: «Det er den typen måling som rett og slett ikke ville vært mulig uten denne bemerkelsesverdige teknologien. Det gir oss et ekstraordinært innblikk i hvordan små støvpartikler som flyter i rommet kan hjelpe oss med å balansere bøkene om den isotopiske sammensetningen av jordens vann, og gi oss nye ledetråder for å hjelpe til med å løse mysteriet om dens opprinnelse.»
Forskerne passet godt på å sikre at resultatene av testene deres var nøyaktige, og utførte ytterligere eksperimenter med andre kilder for å verifisere resultatene.
Dr Daly la til: "Atomsondetomografisystemet ved Curtin University er i verdensklasse, men det hadde aldri vært vant til den typen hydrogenanalyse vi foretok her. Vi ønsket å være sikre på at resultatene vi så var nøyaktige. Jeg presenterte våre foreløpige resultater på Lunar and Planetary Science-konferansen i 2018, og spurte om noen kollegaer til stede ville hjelpe oss med å validere funnene våre med egne prøver. Til vår glede tilbød kolleger ved NASA Johnson Space Center og University of Hawai'i i Manoa, Purdue, Virginia og Northern Arizona University, Idaho og Sandia nasjonale laboratorier å hjelpe. De ga oss prøver av lignende mineraler bestrålt med helium og deuterium i stedet for hydrogen, og fra atomsonderesultater av disse materialene ble det raskt klart at det vi så i Itokawa var utenomjordisk av opprinnelse.
"Kollegene som tilbød sin støtte til denne forskningen utgjør virkelig et drømmeteam for romforvitring, så vi er veldig spente på bevisene vi har samlet inn. Det kan åpne døren til en mye bedre forståelse av hvordan det tidlige solsystemet så ut og hvordan jorden og dens hav ble dannet."
Professor John Bradley, ved University of Hawai'i i Mānoa, Honolulu, en medforfatter av artikkelen, la til: Så sent som for et tiår siden var forestillingen om at solvindbestråling er relevant for opprinnelsen til vann i solsystemet , mye mindre relevant for jordens hav, ville blitt møtt med skepsis. Ved for første gang å vise at det produseres vann in-situ På overflaten av en asteroide bygger studien vår på det akkumulerende beviset på at samspillet mellom solvinden og oksygenrike støvkorn faktisk produserer vann.
"Siden støv som var rikelig i hele soltåken før begynnelsen av planetesimal akkresjon uunngåelig ble bestrålt, er vann produsert av denne mekanismen direkte relevant for opprinnelsen til vann i planetsystemer og muligens isotopsammensetningen til jordens hav."
Deres estimater av hvor mye vann som kan være inneholdt i romforvitrede overflater antyder også en måte fremtidige romfarere kan produsere vannforsyninger på selv de mest tilsynelatende tørre planetene.
Medforfatter professor Hope Ishii ved University of Hawai'i i Mānoa sa: "Et av problemene med fremtidig menneskelig romutforskning er hvordan astronauter vil finne nok vann til å holde dem i live og utføre oppgavene sine uten å ha det med seg på reisen. .
"Vi tror det er rimelig å anta at den samme romforvitringsprosessen som skapte vannet på Itokawa vil ha skjedd i en eller annen grad på mange luftløse verdener som Månen eller asteroiden Vesta. Det kan bety at romfarere godt kan være i stand til å behandle ferske vannforsyninger rett fra støvet på planetens overflate. Det er spennende å tenke på at prosessene som dannet planetene kan bidra til å støtte menneskeliv når vi strekker oss utover jorden.»
Dr Daly la til: "NASAs Artemis-prosjekt tar sikte på å etablere en permanent base på Månen. Hvis månens overflate har et lignende vannreservoar hentet av solvinden denne forskningen avdekket på Itokawa, ville det representert en enorm og verdifull ressurs for å hjelpe til med å nå dette målet.»
Lagets artikkel, med tittelen 'Solar Wind Contribution's to the Earth's Oceans', er publisert i Naturastronomi.
Forskere fra University of Glasgow, Curtin University, University of Sydney, University of Oxford, University of Hawai'i at Mānoa, Natural History Museum, Idha National Laboratory, Lockheed Martin, Sandia National Laboratories, NASA Johnson Space Center, University of Virginia, Northern Arizona University og Purdue University bidro alle til artikkelen.
