По крайней мере часть воды в земных океанах прибыла сюда с кометами семейства Юпитера. К такому выводу пришли ученые после анализа образцов, доставленных с кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Ранее это утверждение подвергали сомнению.
Загадка обогащения водой Земли
Исследователи обнаружили, что вода на комете 67P/Чурюмова — Герасименко имеет молекулярную сигнатуру, подобную воде в океанах Земли. Вопреки некоторым недавним результатам, этот вывод вновь подтверждает, что кометы семейства Юпитера, такие как 67P, могли помочь доставить воду на Землю.
Вода была необходима для формирования и процветания жизни на Земле, и она остается ключевой для жизни и сегодня. Хотя некоторое количество воды, вероятно, существовало в газе и пыли, из которых материализовалась наша планета около 4,6 млрд лет назад, большая часть воды испарилась бы, поскольку Земля сформировалась в непосредственной близости к интенсивному солнечному излучению. То, как Земля в конечном итоге обогатилась жидкой водой, остается источником дискуссий для ученых.
Исследования показали, что часть воды на Земле образовалась из пара, выходящего из вулканов; этот пар конденсировался и выпадал дождем на океаны. Но ученые нашли доказательства того, что значительная часть наших океанов образовалась из льда и минералов на астероидах и, возможно, кометах, которые врезались в Землю. Волна столкновений комет и астероидов с внутренними планетами Солнечной системы 4 млрд лет назад сделала бы это возможным.
Сходство кометной и земной воды
Если связь между астероидной и земной водой очень сильная, то роль комет озадачила ученых. Несколько измерений комет семейства Юпитера, которые содержат примитивный материал ранней Солнечной системы, и, как полагают, сформировались за пределами орбиты Сатурна, показали сильную связь между их водой и земной. Эта связь основывается на ключевой молекулярной подписи, которую ученые используют, чтобы проследить происхождение воды в Солнечной системе.
Эта сигнатура — это соотношение дейтерия (D) к обычному водороду (H) в воде любого объекта, и она дает ученым подсказки о том, где этот объект образовался. Дейтерий — редкий, более тяжелый тип или изотоп водорода. По сравнению с земной водой, это соотношение водорода в кометах и астероидах может показать, существует ли между ними связь.
Измерение «дейтериевой воды» в кометах
«Это действительно начинало выглядеть так, будто эти кометы играли важную роль в доставке воды на Землю», — сказала Кэтлин Мандт, планетолог из Центра космических полетов им. Годдарда NASA в Гринбелте (штат Мэриленд). Мандт возглавила исследование, опубликованное в журнале Science Advances 13 ноября, которое пересматривает содержание дейтерия в 67P.
Но в 2014 году миссия Европейского космического агентства Rosetta к 67P поставила под сомнение идею о том, что кометы семейства Юпитера помогли наполнить водоемы Земли. Ученые, которые проанализировали измерения воды Rosetta, обнаружили самую высокую концентрацию дейтерия среди всех комет, и примерно втрое больше дейтерия, чем в океанах Земли, где на каждые 6420 атомов водорода приходится примерно 1 атом дейтерия.
Команда Мандт решила использовать передовую статистически-вычислительную технику для автоматизации трудоемкого процесса выделения воды, богатой дейтерием, в более чем 16 000 измерениях зонда Rosetta. Он сделал эти измерения в «коме» газа и пыли, окружающей 67P. Команда Мандт первой проанализировала все измерения воды европейской миссии, охватывающие весь ее период.
Исследователи хотели понять, какие физические процессы вызывают изменчивость в соотношении изотопов водорода, измеренных на кометах. Лабораторные исследования и наблюдения за кометами показали, что кометная пыль может влиять на показатели водородного соотношения, которые ученые обнаруживают в кометной паре, что может изменить наше понимание того, откуда берется кометная вода и как она сравнивается с земной.
Команда Мандт обнаружила четкую связь между измерениями дейтерия в коме 67P и количеством пыли вокруг космического аппарата Rosetta, что свидетельствует о том, что измерения, проведенные вблизи аппарата в некоторых частях комы, могут не отражать состав тела кометы.
Точность измерения дейтерия на кометах
Когда комета движется по своей орбите ближе к Солнцу, ее поверхность нагревается, что приводит к выделению газа с поверхности, в том числе пыли с кусочками водяного льда на ней. Исследования показывают, что вода с дейтерием прилипает к пылинкам легче, чем обычная вода. Когда лед на этих пылинках попадает в комету, этот эффект может привести к тому, что комета будет казаться содержащей больше дейтерия, чем есть на самом деле.
Мандт и ее команда сообщили, что к тому времени, как пыль попадает во внешнюю часть кометы, по меньшей мере на расстоянии 75 миль от тела кометы, она высыхает. Когда вода, богатая дейтерием, исчезает, космический аппарат может точно измерить количество дейтерия, поступающего из тела кометы.
Этот вывод, по словам авторов статьи, имеет большое значение не только для понимания роли комет в поставке воды на Землю, но и для понимания наблюдений за кометами, которые дают представление о формировании ранней Солнечной системы.
По материалам phys.org
