Kai žemė pirmą kartą susiformavo, buvo per karšta išlaikyti ledą. Tai reiškia, kad visas mūsų planetos vanduo turėjo kilti iš nežemiškų šaltinių.
Senovės sausumos uolienų tyrimai rodo, kad skystas vanduo žemėje egzistavo praėjus 100 milijonų metų po Saulės susidarymo – praktiškai „iškart“ astrofiziniu laikotarpiu.
Šis vanduo, kuris dabar vyresnis nei 4,5 milijardo metų, buvo amžinai atnaujintas per Žemės vandens ciklą. Mano tyrimų komanda neseniai pasiūlė naują teoriją, paaiškinančią, kaip „Water First“ atvyko į Žemę.
Paslapties milijardai metų kuriant
Astrofizikai kovojo su klausimu, kaip vanduo dešimtmečius atvyko į mūsų jauną planetą. Viena iš ankstyviausių hipotezių manė, kad Žemės vanduo buvo tiesioginis planetos susidarymo šalutinis produktas, išleistas per magmą per vulkaninių išsiveržimus, kuriuose didžioji dalis išmetamų dujų yra vandens garai.
Tačiau ši hipotezė išsivystė dešimtajame dešimtmetyje, analizuojant Žemės vandens sudėties ir atradus galimą ledinių kometų vaidmenį, nurodant nežemišką kilmę.
Kometos, kurios yra ledo ir uolienų, suformuotų tolimoje saulės sistemos pasiekiamose vietose, mišiniai kartais išstumiamos link Saulės. Kai sušildo saulė, jie sukuria ryškias dulkių ir dujų uodegas, matomas iš Žemės. Asteroidai, esantys asteroido juostoje tarp Marso ir Jupiterio, taip pat buvo pasiūlyti kaip potencialūs Žemės vandens pirmtakai.
Kometų ir asteroidinių uolienų tyrimas per meteoritus – nedideli šių kūnų fragmentai, kurie krito į Žemę – pateikė pagrindines įžvalgas.
Išanalizavę D/H santykį – sunkaus vandenilio (deuterio) ir standartinio vandenilio santykį – mokslininkai nustatė, kad Žemės vanduo labiau atitinka „anglies“ asteroidų, kuriuose yra praeities vandens pėdsakai. Tai pakeitė tyrimų dėmesį į šiuos asteroidus.
Naujausi tyrimai buvo sutelkti į dangaus mechanizmų, kurie galėjo pateikti šiuos vandens turtingus asteroidus į sausą ankstyvosios žemės paviršių, nustatymą. Atsirado daugybė teorijų, paaiškinančių planetesimalų – didelių, ledinių kūnų asteroido ir Kuiperio diržuose „pasipiktinimą“.
Šie scenarijai siūlo gravitacinę sąveiką, kuri išstūmė šiuos objektus, siunčiant juos į žemę. Tokiems įvykiams reikėjo sudėtingo „gravitacinio biliardo“ proceso, kuris rodo audringą saulės sistemos istoriją.
Nors akivaizdu, kad planetų formavimasis susijęs su dideliais perversmais ir poveikiu, gali būti, kad žemės tiekimas buvo natūraliau ir mažiau dramatiškesnis.
Paprastesnė hipotezė
Pradėjau nuo prielaidos, kad asteroidai iš jų susidarymo kokono atsiranda ledyną, dar žinomą kaip protoplaneto diskas. Šis kokonas yra masyvus, vandenilio turtingas diskas, užpildytas dulkėmis, kur susidaro planetos ir pradiniai diržai. Tai apgaubia visą besiformuojančią planetų sistemą.
Kai šis apsauginis kokonas išsisklaidys – po kelių milijonų metų, asteroidai sušyla, todėl jų ledas tirpsta arba, tiksliau, sublimuoti. Kosmoje, kur slėgis yra beveik lygus nuliui, po šio proceso vanduo išlieka garų pavidalu.
Tada vandens garų diskas yra uždedamas ant asteroido juostos, skriejančios Saulę. Kadangi ledas sublimuoja, diskas užpildo garais, kurie dėl sudėtingų dinaminių procesų plinta į vidų saulėje. Pakeliui šis garų diskas susiduria su vidinėmis planetomis, panardindamas jas į savotišką „vonią“.
Tam tikra prasme disko „vandenys“ antžeminės planetos: Marsas, Žemė, Venera ir Merkurijus. Didžioji šio vandens gaudymo dalis įvyko praėjus 20–30 milijonų metų po Saulės susidarymo, tuo metu, kai saulės šviesumas per trumpą laiką smarkiai padidėjo, padidindamas asteroidų degazavimo greitį.
Kai vanduo bus užfiksuotas planetos gravitaciniu traukimu, gali įvykti daugybė procesų.
Tačiau žemėje apsauginis mechanizmas užtikrina, kad bendra vandens masė išliko palyginti pastovi nuo gaudymo laikotarpio pabaigos iki šiandien. Jei vanduo per aukštai pakyla į atmosferą, jis kondensuoja į debesis, o tai ilgainiui grįžta į paviršių kaip lietaus – procesas, žinomas kaip vandens ciklas.
Vandens kiekis žemėje, tiek praeityje, tiek dabartyje, yra gerai dokumentuoti. Mūsų modelis, kuris prasideda nuo originalios asteroidinio diržo ledo degazavimo, sėkmingai atspindi vandens kiekį, reikalingą vandenynams, upėms ir ežerui susidaryti, ir net vandenį, palaidotą giliai Žemės mantijoje.
Tikslūs vandens d/H santykio matavimai vandenynuose taip pat atitinka mūsų modelį. Be to, modelis paaiškina praeityje esančio vandens kiekį kitose planetose ir net mėnulyje.
Jums gali kilti klausimas, kaip aš atvykau į šią naują teoriją. Tai kyla iš naujausių pastebėjimų, ypač su „Alma“, radijo teleskopo masyvu, kuriame yra daugiau nei 60 antenų, esančių Čilėje, plokščiakalnyje, esančiame penkių kilometrų virš jūros lygio.
Extrasolar sistemų, kurių diržai yra panašūs į Kuiperio juostą, stebėjimai rodo, kad šių diržų sublimato anglies monoksido (CO) planetesimalai. Arčiau jų žvaigždės diržų, tokių kaip asteroido diržas, CO yra per daug nestabilus, kad būtų, ir vanduo yra labiau tikėtinas.
Modelio kūrimas
Iš šių išvadų pradinė teorijos idėja ėmė formuotis. Be to, naujausi „Hayabusa 2“ ir „Osiris-Rex“ misijų duomenys, kuriuose buvo tiriami asteroidai, panašūs į tuos, kurie galėjo prisidėti prie pradinio vandens garų disko susidarymo, pateikė pagrindinį patvirtinimą.
Šios misijos kartu su ilgalaikiais antžeminių teleskopų stebėjimais atskleidė nemažą kiekį hidratuotų mineralų ant šių asteroidų-mainų, kurie gali susidaryti tik kontaktuojant su vandeniu. Tai patvirtina prielaidą, kad šie asteroidai iš pradžių buvo lediniai, nors dauguma nuo to laiko prarado ledus (išskyrus didesnius kūnus, tokius kaip Ceresas).
Pagal modelio pagrindą, kitas žingsnis buvo sukurti skaitmeninį modeliavimą, skirtą sekti ledo degazravimą, vandens garų dispersiją ir jo galimą planetų fiksavimą.
Šių modeliavimo metu greitai paaiškėjo, kad modelis gali lemti žemės vandens tiekimą. Papildomi ankstesnių Marso ir kitų sausumos planetų vandens kiekių tyrimai patvirtino ir modelio pritaikomumą joms. Viskas tinka, ir rezultatai buvo paruošti publikavimui!
Kaip tyrėjai, nepakanka suprojektuoti modelį, kuris veikia ir, atrodo, viską paaiškina. Teorija turi būti išbandyta didesniu mastu. Nors dabar neįmanoma aptikti pradinio vandens garų disko, kuris „laistė“ antžemines planetas, mes galime ieškoti ekstrasolarinių sistemų su jaunais asteroidų diržais, kad pamatytume, ar tokių vandens garų diskai yra.
Remiantis mūsų skaičiavimais, šie diskai, nors ir silpni, turėtų būti aptinkami su Alma. Mūsų komanda ką tik užsitikrino „Alma“ laiką, kad ištirtų konkrečias sistemas, kad būtų įrodyta.
Mes galime būti naujos eros aušroje, kad suprastume Žemės vandens kilmę.
Quentin Kral, Astrofizikė Paryžiaus PSL observatorijoje, CNRS, Sorbonos universitetas, Paryžiaus universitetas Cité
Šis straipsnis paskelbtas iš pokalbio pagal „Creative Commons“ licenciją. Perskaitykite originalų straipsnį.
