Новое исследование, проведенное международной группой ученых под руководством НАСА, вновь активизировало обсуждение одного из самых интригующих вопросов планетарной науки — вопроса о том, как появилась вода на Земле.
Изотопный состав воды кометы 67P/Чурюмова-Герасименко, определенный в ходе миссии Европейского космического агентства (ESA) Rosetta, стал поводом для открытия. Новый анализ данных свидетельствует о том, что соотношение дейтерия и водорода (D/H) в воде кометы удивительно близко к тому, что наблюдается в земных океанах, что противоречит выводам предыдущих работ.
Существующая взаимосвязь позволяет сделать вывод о том, что кометы, подобные 67P и относящиеся к группе, известной как «семейство Юпитера», вероятно, сыграли важную роль в доставке воды на Землю в период ее раннего развития.
Кометы как переносчики воды
Соотношение изотопов водорода в воде – важный показатель, позволяющий определить источник земной воды. Ранее исследования демонстрировали, что у большинства комет содержание дейтерия к водороду (D/H) значительно отличается от показателя, характерного для земных океанов, что ставило под сомнение их роль в формировании воды на Земле.
Кометы, относящиеся к семейству Юпитера, например 67P, возникают во внешних регионах Солнечной системы. Однако их орбиты испытывают мощное гравитационное воздействие Юпитера, из-за которого они перемещаются ближе к внутренней части системы. В связи с этим исследователи считают, что массированная бомбардировка Земли этими космическими объектами в первые миллиард лет ее существования могла высвободить большое количество воды.
В 2014 году миссия «Розетта» опровергла данное предположение. Позднее, анализируя данные измерений воды на комете 67P, полученные с помощью «Розетты», исследователи выявили самую высокую концентрацию дейтерия среди всех изученных комет. При этом содержание дейтерия оказалось примерно в три раза выше, чем в океанах Земли, где на 6420 атомов водорода приходится 1 атом дейтерия.
Новая интерпретация данных «Розетты»
Используя современный подход к статистическому анализу, группа ученых из НАСА изучила более 16 000 данных, полученных в ходе миссии. Исследование было направлено на то, чтобы выяснить, как физические процессы, в первую очередь взаимодействие с пылью кометы, изменили соотношение изотопов водорода (в частности, дейтерия) в воде, содержащейся в ядре кометы.
Анализ показал, что изменчивость изотопных соотношений напрямую связана с наличием пыли в коме. Пыль, состоящая из зерен, покрытых водяным льдом, оказывает значительное влияние на искажение результатов: по мере приближения кометы к Солнцу, тепло приводит к выбросу газа и пыли с ее поверхности. Вода с повышенным содержанием дейтерия имеет большую склонность к адгезии к зернам пыли по сравнению с водой, имеющей соотношение D/H, характерное для Земли. Это приводит к кажущемуся переизбытку дейтерия при измерениях, проводимых вблизи кометы, например, во внутренней области ее комы.
Исследования продемонстрировали, что при удалении пыли от кометы на расстояние как минимум 120 км, прилипший водяной лед полностью испаряется. Это приводит к тому, что остается лишь «сухая» пыль. В таких условиях полученные измерения позволяют определить подлинный изотопный состав воды в ядре кометы.
Благодаря этой детали ученые смогли получить более точные результаты и установили, что прежние оценки содержания дейтерия в комете, вероятно, были избыточными. Полученные данные указывают на то, что его концентрация, скорее всего, сопоставима с уровнем дейтерия в земных океанах.
Вода на планетах и других космических объектах: влияние на астробиологию
Данное открытие открывает возможности для изучения не только земной воды, но и для поиска жизни в других регионах Солнечной системы и за ее пределами.
Если кометы и являлись поставщиками воды и органических соединений на Землю, то вполне вероятно, что они могли сыграть схожую роль и на других планетах и лунах. Спутники Юпитера, Европа, и Энцелад, спутник Сатурна, обладают океанами под ледяной оболочкой и, возможно, получили воду и органические вещества из комет.
Предстоящие миссии, например, аппарат ЕКА Comet Interceptor и новые космические обсерватории, способны предоставить более детальные данные о составе комет и их влиянии на распределение воды в Солнечной системе.
Ознакомиться с исследованием, представленным в журнале Science Advances, можно .