Ученые НАСА связывают воду комет с океанами Земли

Ученые обнаружили, что кометная пыль влияет на интерпретацию измерений, полученных с помощью космических аппаратов, что вновь открывает возможность рассматривать кометы, подобные 67P, как потенциальные источники воды на ранней Земле.

Исследователи обнаружили, что вода на комете 67P/Чурюмова-Герасименко имеет молекулярную сигнатуру, схожую с водой в океанах Земли. Противоречащая некоторым недавним результатам, эта находка вновь открывает возможность того, 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 очень важной для земной жизни сегодня. Хотя некоторое количество воды, вероятно, существовало в газе и пыли, из которых наша планета образовалась около 4,6 миллиарда лет назад, большая часть воды испарилась. То, как Земля в конечном итоге стала богатой жидкой водой планетой, остается предметом споров для ученых.

Исследования показали, что часть воды на Земле возникла из пара, выбрасываемого вулканами; этот пар конденсировался и выпадал в виде дождя в океаны. Но ученые нашли доказательства того, что значительная часть океанов произошла из льда и минералов на астероидах и, возможно, кометах, которые врезались в Землю. Волна столкновений комет и астероидов с внутренними планетами Солнечной системы 4 миллиарда лет назад сделала бы это возможным.

Несколько измерений комет семейства Юпитера — которые содержат примитивный материал из ранней Солнечной системы и, как полагают, образовались за пределами орбиты Сатурна — показали сильную связь между их водой и водой Земли. Эта связь была основана на ключевой молекулярной сигнатуре, которую ученые используют для отслеживания происхождения воды по всей Солнечной системе.

Эта сигнатура представляет собой соотношение дейтерия (D) и обычного водорода (H) в воде любого объекта, и она дает ученым подсказки о том, где образовался этот объект. Дейтерий — это редкий, более тяжелый тип — или изотоп — водорода. По сравнению с земной водой, это соотношение водорода в кометах и ​​астероидах может показать, есть ли связь.

Поскольку вода с дейтерием с большей вероятностью образуется в холодных условиях, на объектах, которые образовались вдали от Солнца, таких как кометы, наблюдается более высокая концентрация изотопа, чем на объектах, которые образовались ближе к Солнцу, таких как астероиды.

Измерения, проведенные за последние пару десятилетий, показали, что содержание дейтерия в водяном паре нескольких других комет семейства Юпитера сопоставимо с содержанием воды на Земле.

«Начинало казаться, что эти кометы сыграли важную роль в доставке воды на Землю», — сказала Кэтлин Мандт, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда, НАСА. Она руководила исследованием, опубликованным в журнале Science Advances, в котором пересматривается содержание дейтерия в 67P.

Но в 2014 году миссия Rosetta Европейского космического агентства (ESA) к 67P поставила под сомнение идею о том, что кометы семейства Юпитера помогли заполнить водный резервуар Земли. Ученые, проанализировавшие измерения воды Rosetta, обнаружили самую высокую концентрацию дейтерия среди всех комет, и примерно в три раза больше дейтерия, чем в океанах Земли, в которых на каждые 6420 атомов водорода приходится 1 атом дейтерия.

«Это был большой сюрприз, и он заставил нас все переосмыслить», — сказала Кэтлин Мандт.

Ученые решили использовать передовой метод статистических вычислений для автоматизации трудоемкого процесса выделения богатой дейтерием воды в более чем 16 000 измерений Rosetta.

Rosetta провела эти измерения в «коме» газа и пыли, окружающих 67P. Команда Мандт, в которую входили ученые Rosetta, была первой, кто проанализировал все измерения воды миссии.

Исследователи хотели понять, какие физические процессы вызвали изменчивость в измеренных на кометах соотношениях изотопов водорода. Лабораторные исследования и наблюдения за кометами показали, что кометная пыль может влиять на показания соотношения водорода, которые ученые обнаруживают в паре кометы, что может изменить наше понимание того, откуда берется вода комет и как она соотносится с водой Земли.

Научная группа обнаружила четкую связь между измерениями дейтерия в коме 67P и количеством пыли вокруг космического аппарата Rosetta, показав, что измерения, проведенные вблизи космического аппарата в некоторых частях комы, могут не отражать состав тела кометы.

По мере того, как комета движется по своей орбите ближе к Солнцу, ее поверхность нагревается, в результате чего с поверхности выделяется газ, включая пыль с частичками водяного льда. Вода с дейтерием прилипает к частицам пыли легче, чем обычная вода, показывают исследования. Когда лед на этих частицах пыли высвобождается в кому, этот эффект может привести к тому, что комета будет казаться содержащей больше дейтерия, чем есть на самом деле.

Кэтлин Мандт и ее коллеги сообщили, что к тому времени, как пыль достигает внешней части комы, по крайней мере в 120 километрах от тела кометы, она высыхает. После того, как богатая дейтерием вода исчезает, космический аппарат может точно измерить количество дейтерия, поступающего из тела кометы.

По словам авторов статьи, это открытие имеет большое значение не только для понимания роли комет в доставке воды на Землю, но и для понимания наблюдений за кометами, которые дают представление о формировании ранней Солнечной системы.

«Это означает, что есть прекрасная возможность пересмотреть наши прошлые наблюдения и подготовиться к будущим, чтобы мы могли лучше учитывать влияние пыли», — сказала Кэтлин Мандт.