Команда связывает воду с кометы с океанами Земли

Это изображение, сделанное навигационной камерой Rosetta Европейского космического агентства, было получено примерно в 53 милях от центра кометы 67P/Чурюмова-Герасименко 14 марта 2015 года. Разрешение изображения составляет 24 фута на пиксель, оно обрезано и обработано, чтобы выявить детали активности кометы. Автор: ESA/Rosetta/NAVCAM.

Исследователи обнаружили, что вода на комете 67P/Чурюмова–Герасименко имеет молекулярную структуру, сходную с водой в океанах Земли. Вопреки некоторым недавним результатам, это открытие подтверждает предположение о том, что кометы семейства Юпитера, такие как 67P, могли способствовать доставке воды на Землю.

Исследования показали, что часть воды на Земле образовалась из паров, выбрасываемых вулканами; этот пар конденсировался и выпадал дождем на океаны. Но ученые нашли доказательства того, что значительная часть наших океанов образовалась 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.

Хотя вероятность того, что астероидная вода связана с Земной, очевидна, роль комет озадачила ученых. Несколько измерений комет семейства Юпитерианских, которые содержат примитивный материал из ранней Солнечной системы и, как полагают, сформировались за пределами орбиты Сатурна, показали сильную связь между их водой и земной. Эта связь была основана на ключевой молекулярной характеристике, которую ученые используют, чтобы проследить происхождение воды в Солнечной системе.

Поскольку вода, содержащая дейтерий, с большей вероятностью образуется в холодных условиях, концентрация изотопа выше на объектах, которые сформировались вдали от Солнца, таких как кометы, чем на объектах, которые сформировались ближе к Солнцу, таких как астероиды.

Измерения содержания дейтерия в водяном паре нескольких других комет семейства юпитерианских, проведенные в течение последних двух десятилетий, показали, что его содержание в воде на Земле аналогично.

"Это действительно начинало походить на то, что эти кометы сыграли важную роль в доставке воды на Землю", - сказала Кэтлин Мандт, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Мандт руководил исследованием, опубликованным в журнале Science Advances 13 ноября, в котором пересматривается содержание дейтерия в 67P.

Но в 2014 году миссия ЕКА (Европейского космического агентства) «Розетта» к 67P опровергла идею о том, что кометы семейства Юпитерианских помогли заполнить земные запасы воды. Ученые, проанализировавшие измерения воды с «Розетты», обнаружили самую высокую концентрацию дейтерия среди всех комет, и примерно в три раза больше дейтерия, чем содержится в океанах Земли, где на каждые 6420 атомов водорода приходится примерно 1 атом дейтерия.

«Это стало большим сюрпризом и заставило нас переосмыслить все», - сказал Мандт.

Команда Мандта решила использовать передовую технику статистических вычислений, чтобы автоматизировать трудоемкий процесс выделения воды, богатой дейтерием, в ходе более чем 16 000 измерений Rosetta. «Розетта» произвела эти измерения в «коме» газа и пыли, окружающей 67P. Команда Мандта, в которую входили ученые «Розетты», была первой, кто проанализировал все данные европейской миссии по измерению уровня воды, охватывающие всю миссию.

Исследователи хотели понять, какие физические процессы вызывают изменчивость соотношения изотопов водорода, измеренного на кометах. Лабораторные исследования и наблюдения за кометами показали, что кометная пыль может влиять на показатели содержания водорода, которые ученые обнаруживают в парах кометы, что может изменить наше понимание того, откуда берется кометная вода и как она соотносится с земной водой.

"Итак, мне было просто любопытно, сможем ли мы найти доказательства того, что это происходит на 67P", - сказал Мандт. "И это всего лишь один из тех очень редких случаев, когда вы выдвигаете гипотезу и действительно обнаруживаете, что это происходит".

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

Когда комета приближается по своей орбите к Солнцу, ее поверхность нагревается, что приводит к выделению газа, в том числе пыли с частицами водяного льда. Исследования показывают, что вода, содержащая дейтерий, прилипает к частицам пыли легче, чем обычная вода. Когда лед на этих пылинках попадает в комету, из-за этого эффекта может показаться, что в комете содержится больше дейтерия, чем на самом деле.

Мандт и ее команда сообщили, что к тому времени, когда пыль достигает внешней части кометы, по меньшей мере в 75 милях от тела кометы, она высыхает. Теперь, когда вода, богатая дейтерием, исчезла, космический аппарат может точно измерить количество дейтерия, поступающего из тела кометы.

Это открытие, по словам авторов статьи, 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 учесть воздействие пыли", - сказал Мандт.

Дополнительная информация: Кэтлин Э. Мандт и др., Почти земная точка отсчета для кометы 67P/Чурюмова-Герасименко, Достижения науки (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp2191

Источник: NASA