2879
Учені виявили у міжпланетному пилу сліди давньої води, хімічний «підпис» якої не схожий на воду Землі та метеоритів. Аналіз мікроскопічних частинок, що прилетіли з пояса Койпера на околиці Сонячної системи, вказує на існування окремого резервуара первісної, збагаченої важким киснем води далеко за орбітами газових гігантів. Про це йдеться в роботі групи під керівництвом планетолога Ліндсі Келлер (Lindsay Keller) з Космічного центру імені Джонсона NASA, про яку розповідає ScienceAlert.
Пил із краю Сонячної системи
Хоча поверхня Землі рясніє водою, загальний її об’єм у межах усієї Сонячної системи набагато більший, головно у вигляді криги на супутниках гігантських планет та у віддалених крижаних тілах. Особливо багатим на лід вважається пояс Койпера за орбітою Нептуна, на відстані близько 30 астрономічних одиниць від Сонця.
Безпосередньо дослідити ці далекі об’єкти складно: до них майже не долітали апарати, а посадка чи доставка зразків нині виглядають надто дорогою й технічно важкою задачею. Однак частина матеріалу з пояса Койпера все ж потрапляє до нас у вигляді міжпланетного пилу.
За оцінками, щороку на Землю випадає близько 5 200 метричних тонн такого пилу. Келлер і колеги знайшли серед нього 12 зерен розміром від 10 до 30 мікрометрів, зібраних у стратосфері за допомогою висотних літаків NASA.
Як визначити, звідки прилетів порошинка
Ключ до походження цих частинок — «шрами подорожі», які лишає космічне випромінювання. У міжпланетному просторі пил не має захисту атмосфери від енергійних частинок Сонця. Коли такі частинки проходять крізь кристали в пилині, вони зсувають атоми у ґратці, залишаючи мікроскопічні пошкоджені доріжки.
Чим більше таких доріжок накопичено, тим довше зерно дрейфувало у відкритому космосі. Це надійний показник, бо пил, що обертається навколо Сонця, зазнає слабкого гальмування світлом (ефект Пойнтінга–Робертсона) й поступово спіралями рухається всередину, до зірки. Порахувавши «шрами», можна оцінити, з якої відстані зерно могло прийти.
Пил, ідентифікований командою Келлер, мав густину радіаційних доріжок приблизно у 100 разів вищу, ніж очікується для частинок з поясу астероїдів або сімейства комет Юпітера. Це узгоджується з походженням із значно віддаленіших областей — аж до пояса Койпера.
Карбон, глина і давно зникла рідка вода
Мінеральний склад пилу дав ще одну підказку. Зерна виявилися надзвичайно багатими на вуглець — приблизно у чотири рази більше, ніж деякі вуглецеві метеорити. Це свідчить, що вони формувалися за інших умов, далеко від Сонця.
Ще промовистішою знахідкою стали глинисті мінерали. У багатьох зернах виявили сапоніт, серпентин та інші гідратовані фази, які утворюються, коли вода хімічно реагує з породою, змінюючи її склад. Це означає, що колись усередині батьківських тіл, з яких утворився пил, існувала рідка вода.
Сьогодні пояс Койпера крижаний, але, за припущенням дослідників, у минулому розпад радіоактивних елементів або тепло від зіткнень могло розігрівати надра окремих об’єктів настільки, щоб розтопити лід. Вода тоді контактувала з породою, а її присутність збереглася у складі мінералів.
Самої води у цих зернах уже немає, але частина атомів кисню з її молекул залишилася у структурах глинистих мінералів. Саме цей кисень і виявився незвичним.
Ізотопний «підпис» давнього водного резервуара
Кисень існує у вигляді кількох стабільних ізотопів — атомів із різною кількістю нейтронів. Найпоширеніший — кисень-16, але є також важчі ізотопи кисень-17 та кисень-18. Співвідношення цих ізотопів змінюється залежно від умов і місця формування речовини, утворюючи своєрідний хімічний відбиток її історії.
Вимірявши ізотопний склад кисню в мінералах пилу, команда виявила незвичне збагачення важчими ізотопами. Відновивши хімічні реакції, що призвели до утворення гідратованих мінералів, дослідники оцінили ізотопний склад води, яка їх сформувала.
Виявилося, що ці мінерали успадкували важкий кисень від води, яка сама була особливо багатою на важкі ізотопи. Таким чином, у зернах зберігся «підпис» давнього водного резервуара, що існував у зовнішній Сонячній системі мільярди років тому.
Цей ізотопний слід чітко відрізняється від води, відомої за вуглецевими метеоритами, які зароджувалися в інших зонах ранньої Сонячної системи. Тобто вода у віддаленому поясі Койпера належала до окремого резервуара, майже ізольованого від змішування та хімічних перетворень, що відбувалися ближче до Сонця.
Роль Сатурна у збереженні первісної води
На думку дослідників, утримати цей «заповідник» води могли гігантські планети, і особливо Сатурн. Моделі ранньої Сонячної системи вказують, що Сатурн міг створити локальний максимум тиску в газо-пиловому диску навколо молодого Сонця. Такий «горб тиску» сповільнював або й зовсім блокував дрейф матеріалу всередину.
Разом з крижаними гігантами Сатурн міг допомогти зберегти віддалений резервуар води з унікальним ізотопним складом, відмінним від речовини, що активніше циркулювала у внутрішній частині системи.
Про існування такого запасу води, збагаченої важким киснем, давно здогадувалися, але прямих свідчень бракувало. Більшість досліджуваних метеоритів надходять із регіонів, де інтенсивне змішування та хімічні процеси «стерли» первісні ізотопні сліди.
Лише 12 зерен — і ціла історія
На перший погляд, дванадцять крихітних зерен — мізерна вибірка. Але з огляду на відстані, які вони подолали, та умови збору зразків у стратосфері, це вражаючий результат. У статті 2022 року Келлер та співавтор Джордж Флінн (George Flynn) з Державного університету Нью-Йорка оцінили, що до чверті міжпланетного пилу, який потрапляє у внутрішню Сонячну систему, може походити з пояса Койпера.
Отже, серед безперервного «дощу» космічного пилу, що осідає на поверхню Землі, можуть ховатися безліч інших уламків ранньої історії Сонячної системи. Вони несуть на собі сліди довгої подорожі та зберігають таємниці, що пережили мільярди років, аби врешті опинитися, наприклад, у вашому ринві для дощової води.
Пил із пояса Койпера показав сліди первісної води з’явилася спочатку на Цікавості.
