Rosetta kaster lys på opprinnelsen til jordens hav

Rom

David Szondy

12. desember 2014

5 bilder

De siste funnene viser at jordens vann kanskje ikke kommer fra kometer (Image ESA / Rosetta / NAVCAM)

Havene er et mysterium på flere måter enn en, men du kan ikke forvente at svarene kommer fra en pakke med elektronikk og en komet. Men det er det europeiske romfartsselskapet (ESA) sier om den ubemannede Rosetta-sondens kretsende komet 67P / Churyumov-Gerasimenko. Selv om 67P gjør sitt første besøk til det indre solsystemet og ikke kommer nærmere jorden enn hundrevis av millioner kilometer, kaster det nytt lys på et av de grunnleggende spørsmålene i jordens historie: Hvor gjorde hav kommer fra?

Ifølge dagens teorier ble Jorden dannet som støv- og gassdisken som omringet den primordiale Solen sammenblandet i planeter. Vannet i havene kunne ha kommet fra det, men dannelsen av den nyfødte jorden for 4, 6 milliarder år siden ga den en glødende massemasse som ville ha kokt bort noe vann inn i rommet før skorpen hadde en sjanse til å danne. Og likevel er i dag tre fjerdedeler av jorden dekket av vann. Så, hva var kilden?

En ide er at vannet kom fra kometer. Det er en logisk kilde. Kometer er "skitne snøballer " som i stor grad består av is, så et jevnt regn av dem under jordens tidlige historie da planeten ble bombardert av gjenstander fra verdensrommet, kunne ha vært opphav til havene. Imidlertid trenger bevis mer enn plausibilitet; det trenger bevis.

For å se om kometer kunne ha vært kilden til jordens vann, vendte forskeren seg til isotopanalyse. Vann består av et oksygenatom og to hydrogenatomer, og hydrogenatomer er laget av proton og et elektron. Men hvis et hydrogenatom også har et nøytron i kjernen, blir det en hydrogenisotop som kalles deuterium.

Det er klart om dette at forholdet mellom normale hydrogenatomer og deuterium ikke er fast. Det avhenger av atomenes opprinnelse, og ved å matche forholdene fra en kilde mot en annen, kan forskere avlede hvor vannet i en bestemt del av solsystemet sikkert kom fra fordi forholdet endrer seg lenger bort fra solen du får. Dette betyr at vann som kommer fra Asteroid Belt mellom Mars og Jupiter, vil være forskjellig fra det som kommer fra Kuiperbeltet utover Pluto, noe som igjen avviger fra Oort-skyen på kanten av systemet.

Dette er hvor Rosetta kommer inn. Blant pakken med instrumenter som bæres av orbiteren, er Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion og Neutral Analysis (ROSINA), som er et par massespektrometre og en trykksensor som brukes til å bestemme kjemisk sammensetning av kometen 67P Coma, temperaturen og hastigheten til gassmolekylene, og sist, men ikke minst, forholdet mellom forskjellige isotoper - inkludert hydrogen.

Ifølge astronomer er kometen 67P en fossil av Solens tidligste dager fordi den kom fra Oort-skyen, som har vært uendret i milliarder år. Disse isete fragmentene flyter i rommet til en forbigående stjerne eller et annet massivt objekt forstyrrer dem og sender dem sårende mot solen. Som de gjør det, blir noen fanget av gravitasjonssporet av Jupiter og svingt inn i nye baner. I tilfelle av 67P, svinger den nå rundt i solen i en elliptisk bane med en periode på 6, 5 år, som ikke kommer nærmere solen enn et punkt mellom jord og Mars før du drar tilbake utover Jupiter.

Hva dette betyr er at 67P består av svært gammelt vann, og hvis kometer er kilden til jordens hav, bør isotopforholdene samsvare i en rimelig grad. Men de gjør det ikke. ESA sier 67P bekrefter målinger tatt av 11 andre kometer som har blitt studert - alle som unntatt en viste meget forskjellige deuterium / hydrogenforhold fra jordens. Og den merkelige kometen, kalt kometen Hartley 2, er en Jupiter Family-komet, som har en annen opprinnelse fra de i Oort-skyen.

Deuterium-til-hydrogen-forhold i solsystemet (Bilde: ESA / Altweg)

I alt sier ESA at deuterium / hydrogenforholdet på Jorden er 1, 56 × 10 -4, mens 67P er forholdet 5, 3 x 10-4 . Dette gjør 67P 's forhold tre ganger høyere enn det for jordens hav og er høyere enn det for noen annen Oort Cloud Comet målt hittil.

På den annen side, meteoritter som stammer fra Asteroid Belt, viser et nært samspill med jorden, så ESA-forskere mener at selv om det ikke er så mye vann i asteroider som i kometer, er den tidligere en sannsynlig kilde til jorda sjøer på grunn av et massivt bombardement over millioner av år. Det indikerer også at Jupiter Family kometer kan ha noen overraskelser også.

"Dette overraskende funn kan tyde på en variert opprinnelse for Jupiter-familiens kometer - kanskje de dannet over et større spekter av avstander i det unge solsystemet enn vi tidligere trodde, " sier Kathrin Altwegg, hovedforsker for ROSINA. "Vår oppfinnelse utelukker også ideen om at Jupiter Family-kometer bare inneholder jord-hav-lignende vann, og legger vekt på modeller som legger større vekt på asteroider som den viktigste leveringsmekanismen for jordens hav."

Rosetta teamets resultater ble publisert i Science .

Kilde: ESA

De siste funnene viser at jordens vann kanskje ikke kommer fra kometer (Image ESA / Rosetta / NAVCAM)

Deuterium-til-hydrogen-forhold i solsystemet (Bilde: ESA / Altweg)

Første målinger av komets vannforhold (Bilde:: ESA / ATG medialab)

Kuiper Belt og Oort Cloud i kontekst (Bilde: ESA)

Diagram over Rosetta (Bilde: ESA)

Anbefalt Redaksjonens