Около 70% поверхности нашей планеты Земля покрыто водой. Мы находимся в нашей солнечной системе на правильном расстоянии от Солнца для существования этой жидкой воды. Наша не слишком холодная и не слишком горячая позиция в так называемой «зоне Златовласки» - это очень хорошо, потому что вода необходима для жизни.
Но как эта вода попала сюда? Вода является определяющей характеристикой нашей планеты, и она играет такую важную роль в нашей повседневной жизни. Понимание того, как вода попала на Землю, является ключевой частью понимания того, как и когда жизнь развивалась и здесь. Но мы даже не знаем, откуда это. Ученые все еще активно исследуют, как наша планета стала такой влажной.
РАННЯЯ ЗЕМЛЯ
Наша текущая картина формирования планет начинается с протопланетного диска — большого диска из газа и пыли, вращающегося вокруг нашего недавно сформированного Солнца. Когда частицы пыли и льда в диске взаимодействуют друг с другом, эти зерна начинают образовывать все большие и большие комки. В конечном итоге эти скопления образуют то, что мы называем строительными блоками скалистых и гигантских планет.
Но в ранний период формирования нашей солнечной системы этот диск был намного горячее в том месте, где сейчас находится наша Земля. Таким образом, несмотря на то, что, скорее всего, в беспорядке, образовавшем диск, присутствовали молекулы воды, она была слишком горячей, чтобы вода могла конденсироваться в жидкость, что приводило к ее испарению. Более того, на ранней Земле еще не было атмосферы, облегчающей выброс любых капель жидкой воды в космос. Это оставляет нам небольшую загадку. Если Земля не могла сформироваться из диска с уже неповрежденными океанами, как они сюда попали?
КОМЕТЫ ПРОТИВ АСТЕРОИДОВ
Если вода Земли не была сформирована вместе с Землей, то, как предполагают ученые-планетологи, она должна была быть доставлена позже через внеземного посланника. Как астероиды, так и кометы посещают Землю и, как известно, скрывают лед. На самом деле, модели составов астероидов и комет предполагают, что они даже содержат достаточно льда, чтобы доставить количество воды, равное океанам Земли.
Один из способов определить, принесли ли наши океаны астероид или комету, - посмотреть на химический состав этих космических объектов и сравнить этот состав с Землей, чтобы увидеть, какие из них более похожи. Например, молекула воды всегда имеет 10 протонов (по 8 от молекулы кислорода и по одному от молекулы водорода) и обычно имеет 8 нейтронов (только от молекулы кислорода). Но разные изотопы воды могут иметь дополнительные нейтроны. Например, тяжелая вода — это то, что мы называем водой из кислорода и дейтерия, которая является изотопом водорода или просто водородом с добавленным нейтроном.
В одном исследовании, опубликованном в журнале Science в 2014 году, рассматривалось относительное количество различных изотопов воды - молекул воды с различным числом нейтронов — на метеоритах, которые, как считается, упали на Землю от древнего астероида Весты. Веста является вторым по величине объектом в Поясе астероидов и имеет сильно покрытую кратерами поверхность, что свидетельствует о насильственном прошлом, полном столкновений.
Образцы горных пород Весты имели такое же распределение изотопов, что и на Земле. Теперь, это не значит, что Веста была обязательно источником нашей воды, но что объект или объекты, похожие на Весту по возрасту и по составу, могли быть ответственными.
Но спор все еще далек от разрешения. Некоторое время исследования комет, казалось, подтверждали идею о том, что вода Земли происходила из астероидов. Недавний космический корабль «Розетта» первым облетел комету, а затем первым отправил на поверхность кометы посадочный аппарат (называемый «Фила»). Благодаря Розетте и Филе ученые обнаружили, что отношение тяжелой воды (воды, полученной из дейтерия) к «обычной» воде (получаемой из обычного старого водорода) в кометах было другим, чем на Земле, предполагая, что самое большее 10% Вода Земли могла зародиться на комете.
Однако в 2018 году близкий проход кометы 46P / Wirtanen позволил ученым-планетологам более детально взглянуть на ее изотопный состав с использованием SOFIA, гигантского джета с телескопом на борту — очень круто. Они обнаружили, что у кометы было такое же соотношение дейтерия и водорода, как и у Земли. Итак, что отличает эту комету от той, которую изучали Розетта и Фила?
Ну, комета 46P / Wirtanen происходит от класса так называемых «гиперактивных» комет, то есть они выпускают больше воды, приближаясь к Солнцу, чем обычная комета. Как они это делают? Когда стандартная комета приближается к теплу Солнца, частицы льда из его ядра сублимируются или переходят непосредственно из твердого льда в газ, который затем может конденсироваться в жидкую воду, если, скажем, он прибудет на поверхность планеты. Но гиперактивная комета теряет не только лед из своего ядра, но также и богатые льдом частицы в атмосфере, которые были предварительно нагреты и выпущены из ядра, но все еще остаются вокруг. Эти ледяные частицы могут быть причиной того, что гиперактивные кометы имеют изотопные отношения, более сходные с таковыми на Земле.