I et nyt papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur astronomi, et hold forskere fra Storbritannien, Australien og Amerika beskriver, hvordan ny analyse af en gammel asteroide tyder på, at udenjordiske støvkorn førte vand til Jorden, da planeten blev dannet.
Vandet i kornene blev produceret af rumforvitring, en proces, hvor ladede partikler fra Solen kendt som solvind ændrede den kemiske sammensætning af kornene til at producere vandmolekyler.
Fundet kunne besvare det mangeårige spørgsmål om, hvor den usædvanligt vandrige Jord fik oceanerne, som dækker 70 procent af dens overflade - langt mere end nogen anden stenet planet i vores solsystem. Det kan også hjælpe fremtidige rummissioner med at finde kilder til vand på luftløse verdener.
Planetforskere har i årtier undret sig over kilden til Jordens oceaner. En teori antyder, at en type vandførende rumsten kendt som C-type asteroider kunne have bragt vand til planeten i de sidste stadier af sin dannelse for 4.6 milliarder år siden.
For at teste den teori har forskere tidligere analyseret det isotopiske 'fingeraftryk' af bidder af C-type asteroider, der er faldet til Jorden som vandrige kulstofholdige kondritmeteoritter. Hvis forholdet mellem brint og deuterium i meteoritvandet svarede til terrestrisk vand, kunne forskerne konkludere, at C-type meteoritter var den sandsynlige kilde.
Resultaterne var ikke helt så entydige. Mens nogle vandrige meteoritters deuterium/brint-fingeraftryk faktisk matchede Jordens vand, gjorde mange det ikke. I gennemsnit var disse meteoritters flydende fingeraftryk ikke på linje med vandet, der findes i Jordens kappe og oceaner. I stedet har Jorden et andet, lidt lettere isotopisk fingeraftryk.
Med andre ord, mens noget af Jordens vand må være kommet fra C-type meteoritter, skal den dannede Jord have modtaget vand fra mindst en mere isotopisk lyskilde, som stammer fra et andet sted i Solsystemet.
University of Glasgow-ledede team brugte en banebrydende analytisk proces kaldet atomsondetomografi til at undersøge prøver fra en anden type rumsten kendt som en S-type asteroide, som kredser tættere på solen end C-typer. Prøverne, de analyserede, kom fra en asteroide kaldet Itokawa, som blev indsamlet af den japanske rumsonde Hayabusa og vendte tilbage til Jorden i 2010.
Atomsondetomografi gjorde det muligt for holdet at måle kornenes atomstruktur et atom ad gangen og detektere individuelle vandmolekyler. Deres resultater viser, at en betydelig mængde vand blev produceret lige under overfladen af korn af støvstørrelse fra Itokawa ved rumforvitring.
Det tidlige solsystem var et meget støvet sted, hvilket gav en stor mulighed for, at vand blev produceret under overfladen af rumbårne støvpartikler. Dette vandrige støv, foreslår forskerne, ville have regnet ned på den tidlige Jord sammen med C-type asteroider som en del af leveringen af Jordens oceaner.
Dr. Luke Daly, fra University of Glasgow's School of Geographical and Earth Sciences, er papirets hovedforfatter. Dr. Daly sagde: "Solvindene er strømme af overvejende brint- og heliumioner, som konstant strømmer fra Solen ud i rummet. Når disse brintioner rammer en luftløs overflade som en asteroide eller en rumbåren støvpartikel, trænger de ind et par titusinder af nanometer under overfladen, hvor de kan påvirke den kemiske sammensætning af klippen. Over tid kan 'rumforvitringseffekten' af brint-ionerne udstøde nok iltatomer fra materialer i klippen til at skabe H2O – vand – fanget i mineraler på asteroiden.
"Det er afgørende, at dette solvind-afledte vand produceret af det tidlige solsystem er isotopisk let. Det tyder stærkt på, at finkornet støv, stødt af solvinden og trukket ind i den dannede Jord for milliarder af år siden, kunne være kilden til det manglende reservoir af planetens vand."
Prof. Phil Bland, en John Curtin Distinguished Professor ved School of Earth and Planetary Sciences ved Curtin University og medforfatter af papiret sagde "Atomsondetomografi lader os tage et utroligt detaljeret kig inde i de første 50 nanometer eller deromkring af overfladen af støvkorn på Itokawa, som kredser om solen i 18-måneders cyklusser. Det gjorde det muligt for os at se, at dette fragment af rumforvitrede rand indeholdt vand nok til, at hvis vi opskalerede det, ville det beløbe sig til omkring 20 liter for hver kubikmeter sten."
Medforfatter prof. Michelle Thompson fra Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences ved Purdue University tilføjede: "Det er den slags måling, der simpelthen ikke ville have været mulig uden denne bemærkelsesværdige teknologi. Det giver os et ekstraordinært indblik i, hvordan små støvpartikler, der flyder i rummet, kan hjælpe os med at balancere bøgerne om den isotopiske sammensætning af Jordens vand, og give os nye ledetråde til at hjælpe med at løse mysteriet om dets oprindelse."
Forskerne var meget omhyggelige med at sikre, at resultaterne af deres test var nøjagtige, og foretog yderligere eksperimenter med andre kilder for at verificere deres resultater.
Dr. Daly tilføjede: "Atomsondetomografisystemet på Curtin University er i verdensklasse, men det var aldrig rigtig blevet vant til den slags analyse af brint, vi foretog her. Vi ville være sikre på, at de resultater, vi så, var nøjagtige. Jeg præsenterede vores foreløbige resultater på Lunar and Planetary Science-konferencen i 2018 og spurgte, om nogen af de tilstedeværende kolleger ville hjælpe os med at validere vores resultater med deres egne prøver. Til vores glæde tilbød kolleger ved NASA Johnson Space Center og University of Hawaii i Mānoa, Purdue, Virginia og Northern Arizona University, Idaho og Sandia nationale laboratorier alle at hjælpe. De gav os prøver af lignende mineraler bestrålet med helium og deuterium i stedet for brint, og fra atomsonderesultater af disse materialer blev det hurtigt klart, at det, vi så i Itokawa, var af udenjordisk oprindelse.
"De kolleger, der tilbød deres støtte til denne forskning, svarer virkelig til et drømmehold for rumforvitring, så vi er meget begejstrede for de beviser, vi har indsamlet. Det kunne åbne døren til en meget bedre forståelse af, hvordan det tidlige solsystem så ud, og hvordan Jorden og dens oceaner blev dannet."
Professor John Bradley, fra University of Hawai'i i Mānoa, Honolulu, en medforfatter af papiret, tilføjede: Så sent som for et årti siden var forestillingen om, at solvindbestråling er relevant for vandets oprindelse i solsystemet , meget mindre relevant for Jordens oceaner, ville være blevet mødt med skepsis. Ved for første gang at vise, at der produceres vand in situ på overfladen af en asteroide bygger vores undersøgelse på den akkumulerende mængde beviser for, at solvindens interaktion med iltrige støvkorn faktisk producerer vand.
"Da støv, der var rigeligt i hele soltågen før begyndelsen af planetesimal tilvækst, uundgåeligt blev bestrålet, er vand produceret af denne mekanisme direkte relevant for vandets oprindelse i planetsystemer og muligvis den isotopiske sammensætning af Jordens oceaner."
Deres skøn over, hvor meget vand der kan være indeholdt i rumforvitrede overflader, tyder også på, hvordan fremtidige rumforskere kan fremstille forsyninger af vand på selv de mest tilsyneladende tørre planeter.
Medforfatter professor Hope Ishii fra University of Hawai'i i Mānoa sagde: "Et af problemerne ved fremtidens menneskelige rumudforskning er, hvordan astronauter vil finde nok vand til at holde dem i live og udføre deres opgaver uden at bære det med sig på deres rejse .
"Vi synes, det er rimeligt at antage, at den samme rumforvitringsproces, som skabte vandet på Itokawa, vil have fundet sted i en eller anden grad på mange luftløse verdener som Månen eller asteroiden Vesta. Det kan betyde, at rumforskere meget vel kan behandle friske forsyninger af vand direkte fra støvet på planetens overflade. Det er spændende at tænke på, at de processer, der dannede planeterne, kunne være med til at understøtte menneskeliv, når vi rækker ud over Jorden."
Dr. Daly tilføjede: "NASAs Artemis-projekt tager sigte på at etablere en permanent base på Månen. Hvis månens overflade har et lignende vandreservoir fra solvinden, som denne forskning afslørede på Itokawa, ville det repræsentere en enorm og værdifuld ressource til at hjælpe med at nå dette mål."
Holdets papir, med titlen 'Solar Wind Contribution's to the Earth's Oceans', er udgivet i Natur astronomi.
Forskere fra University of Glasgow, Curtin University, University of Sydney, University of Oxford, University of Hawai'i i Mānoa, Natural History Museum, Idha National Laboratory, Lockheed Martin, Sandia National Laboratories, NASA Johnson Space Center, University of Virginia, Northern Arizona University og Purdue University bidrog alle til papiret.
