Í nýrri grein sem birt var í tímaritinu í dag Stjörnufræði náttúrunnar, hópur vísindamanna frá Bretlandi, Ástralíu og Ameríku lýsir því hvernig ný greining á fornu smástirni bendir til þess að geimvera rykkorn hafi borið vatn til jarðar þegar plánetan myndaðist.
Vatnið í kornunum var framleitt af geimveðrun, ferli þar sem hlaðnar agnir frá sólinni, þekktar sem sólvindur, breyttu efnasamsetningu kornanna til að framleiða vatnssameindir.
Niðurstaðan gæti svarað þeirri langvarandi spurningu um hvar hin óvenju vatnsríka jörð fékk höfin sem þekja 70 prósent af yfirborði hennar - mun meira en nokkur önnur klettareikistjarna í sólkerfinu okkar. Það gæti líka hjálpað geimferðum í framtíðinni að finna vatnslindir í loftlausum heimum.
Plánetuvísindamenn hafa í áratugi velt vöngum yfir uppruna hafsins á jörðinni. Ein kenning bendir til þess að ein tegund af vatnsberandi geimbergi sem kallast C-gerð smástirni gæti hafa komið með vatn til plánetunnar á lokastigi myndunar þess fyrir 4.6 milljörðum ára.
Til að prófa þá kenningu hafa vísindamenn áður greint samsætu „fingrafar“ klumpa af C-gerð smástirni sem hafa fallið til jarðar sem vatnsríkar kolefniskondrítar loftsteinar. Ef hlutfall vetnis og deuteríums í loftsteinsvatninu samsvaraði hlutfalli landvatns gætu vísindamenn komist að þeirri niðurstöðu að C-gerð loftsteinar væru líkleg uppspretta.
Niðurstöðurnar voru ekki alveg eins skýrar. Þó að fingraför sumra vatnsríkra loftsteina hafi deuterium/vetni passað við vatn jarðar, þá gerðu margir það ekki. Að meðaltali voru fljótandi fingraför þessara loftsteina ekki í samræmi við vatnið sem fannst í möttli jarðar og sjónum. Þess í stað hefur jörðin annað, aðeins léttara samsætufingrafar.
Með öðrum orðum, á meðan eitthvað af vatni jarðar hlýtur að hafa komið frá loftsteinum af C-gerð, þá hlýtur jörðin sem myndast að hafa fengið vatn frá að minnsta kosti einum samsætuljósgjafa sem er upprunninn annars staðar í sólkerfinu.
Hópurinn undir forystu háskólans í Glasgow notaði háþróaða greiningaraðferð sem kallast atómsneiðmyndataka til að rýna í sýni úr annarri tegund geimbergs sem kallast smástirni af S-gerð, sem er á braut nær sólinni en C-gerð. Sýnin sem þeir greindu komu úr smástirni sem kallast Itokawa, sem var safnað af japönsku geimkönnuninni Hayabusa og kom aftur til jarðar árið 2010.
Atómsneiðmyndataka gerði teymið kleift að mæla frumeindabyggingu kornanna eitt atóm í einu og greina einstakar vatnssameindir. Niðurstöður þeirra sýna að umtalsvert magn af vatni var framleitt rétt undir yfirborði rykkorna frá Itokawa við geimveðrun.
Snemma sólkerfið var mjög rykugur staður sem gaf mikið tækifæri til að mynda vatn undir yfirborði geimrykagna. Þessu vatnsríka ryki, að sögn vísindamanna, hefði rignt niður á fyrstu jörðina ásamt smástirni af C-gerð sem hluti af sendingu hafsins.
Dr Luke Daly, frá háskólanum í Glasgow í landfræðilegum og jarðvísindum, er aðalhöfundur blaðsins. Dr Daly sagði: „Sólvindarnir eru straumar að mestu af vetni og helíumjónum sem streyma stöðugt frá sólinni út í geiminn. Þegar þessar vetnisjónir lenda á loftlausu yfirborði eins og smástirni eða rykögn í geimnum komast þær í gegnum nokkra tugi nanómetra undir yfirborðið þar sem þær geta haft áhrif á efnasamsetningu bergsins. Með tímanum geta „geimveðrunaráhrif“ vetnisjónanna losað nægilega mikið súrefnisatóm úr efnum í berginu til að mynda H2O – vatn – föst í steinefnum á smástirninu.
„Það sem skiptir sköpum er að þetta vatn úr sólvindi sem framleitt er af snemma sólkerfinu er samsætulega létt. Það bendir eindregið til þess að fínkornað ryk, sem sólvindurinn slær í gegn og dregist inn í myndandi jörð fyrir milljörðum ára, gæti verið uppspretta týndu lóns vatns plánetunnar.“
Prófessor Phil Bland, John Curtin virtur prófessor við Jarð- og plánetuvísindadeild Curtin háskólans og meðhöfundur greinarinnar sagði: „Atómrannsóknarsneiðmynd gerir okkur kleift að skoða ótrúlega ítarlega inn í fyrstu 50 nanómetra yfirborðsins eða svo. af rykkornum á Itokawa, sem snýst um sólina í 18 mánaða lotum. Það gerði okkur kleift að sjá að þetta brot af geimveðruðu brúninni innihélt nóg vatn til að ef við stækkum það myndi það nema um 20 lítrum fyrir hvern rúmmetra af bergi.“
Meðhöfundur prófessor Michelle Thompson við deild jarðvísinda, lofthjúps- og plánetuvísinda við Purdue háskólann bætti við: „Þetta er sú tegund mælinga sem hefði einfaldlega ekki verið möguleg án þessarar merku tækni. Það gefur okkur ótrúlega innsýn í hvernig örsmáar rykagnir sem fljóta í geimnum gætu hjálpað okkur að koma jafnvægi á bækurnar um samsætusamsetningu vatns jarðar og gefa okkur nýjar vísbendingar til að hjálpa til við að leysa ráðgátuna um uppruna þess.
Rannsakendur lögðu mikla áherslu á að tryggja að niðurstöður prófana þeirra væru nákvæmar og gerðu viðbótartilraunir með öðrum heimildum til að sannreyna niðurstöður þeirra.
Dr Daly bætti við: „Atómrannsóknarsneiðmyndakerfið við Curtin háskólann er á heimsmælikvarða, en það hafði í raun aldrei verið vant við þá tegund vetnisgreiningar sem við vorum að gera hér. Við vildum vera viss um að niðurstöðurnar sem við sáum væru nákvæmar. Ég kynnti bráðabirgðaniðurstöður okkar á Lunar and Planetary Science ráðstefnunni árið 2018 og spurði hvort einhverjir viðstaddir samstarfsmenn myndu hjálpa okkur að sannreyna niðurstöður okkar með eigin sýnum. Okkur til mikillar ánægju buðust samstarfsmenn við NASA Johnson Space Center og University of Hawaii í Manoa, Purdue, Virginia og Northern Arizona háskólanum, Idaho og Sandia landsrannsóknarstofunum allir til aðstoðar. Þeir gáfu okkur sýnishorn af svipuðum steinefnum, geislað með helíum og deuteríum í stað vetnis, og af atómrannsóknarniðurstöðum þessara efna varð fljótt ljóst að það sem við sáum í Itokawa var geimvera að uppruna.
„Samstarfsmennirnir sem buðu fram stuðning sinn við þessa rannsókn jafngilda í raun draumateymi fyrir geimveðrun, svo við erum mjög spennt fyrir sönnunargögnunum sem við höfum safnað. Það gæti opnað dyrnar að miklu betri skilningi á því hvernig snemma sólkerfið leit út og hvernig jörðin og höf hennar mynduðust.“
Prófessor John Bradley, við háskólann í Hawai'i í Mānoa, Honolulu, meðhöfundur greinarinnar, bætti við: Svo nýlega sem fyrir áratug síðan var hugmyndin um að sólvindgeislun skipti máli fyrir uppruna vatns í sólkerfinu. , sem mun síður eiga við um höf jarðar, hefði verið fagnað með tortryggni. Með því að sýna í fyrsta sinn að vatn er framleitt á sínum stað Á yfirborði smástirni byggir rannsókn okkar á uppsöfnuðum sönnunargögnum um að samspil sólvindsins við súrefnisrík rykkorn framleiðir sannarlega vatn.
„Þar sem ryk sem var mikið um sólþokuna áður en plánetusamsöfnun hófst var óhjákvæmilega geislað, hefur vatn sem framleitt er með þessu kerfi beint þýðingu fyrir uppruna vatns í plánetukerfum og hugsanlega samsætusamsetningu hafsins á jörðinni.
Áætlanir þeirra um hversu mikið vatn gæti verið í geimveðruðum flötum benda einnig til þess hvernig framtíðar geimkönnuðir gætu framleitt vatnsbirgðir á jafnvel þurrustu plánetunum.
Meðhöfundur, prófessor Hope Ishii við háskólann í Hawaii í Mānoa, sagði: „Eitt af vandamálum framtíðar geimkönnunar manna er hvernig geimfarar munu finna nóg vatn til að halda þeim á lífi og framkvæma verkefni sín án þess að hafa það með sér á ferð sinni. .
„Við teljum eðlilegt að gera ráð fyrir að sama geimveðrunarferlið og skapaði vatnið á Itokawa hafi átt sér stað í eina gráðu eða aðra á mörgum loftlausum heimum eins og tunglinu eða smástirninu Vesta. Það gæti þýtt að geimkönnuðir gætu vel unnið ferskt vatn beint úr rykinu á yfirborði plánetunnar. Það er spennandi að hugsa til þess að ferlin sem mynduðu pláneturnar gætu hjálpað til við að styðja við mannlífið þegar við náum út fyrir jörðina.“
Dr Daly bætti við: „Artemis verkefni NASA miðar að því að koma á fót varanlega bækistöð á tunglinu. Ef yfirborð tunglsins er með svipað vatnsgeymi frá sólvindinum sem þessar rannsóknir afhjúpuðu á Itokawa, myndi það tákna gríðarlega og dýrmæta auðlind til að aðstoða við að ná því markmiði.
Blaðið liðsins, sem ber titilinn „Sólvindsframlag til jarðarhafanna“, er birt í Stjörnufræði náttúrunnar.
Vísindamenn frá háskólanum í Glasgow, Curtin háskólanum, háskólanum í Sydney, háskólanum í Oxford, háskólanum í Hawai'i í Mānoa, náttúrufræðisafninu, Idha National Laboratory, Lockheed Martin, Sandia National Laboratories, NASA Johnson Space Center, University of Virginia, Northern Arizona University og Purdue University lögðu allir sitt af mörkum til blaðsins.
