Rosetta: woda na Ziemi nie z 67P

0

Instrument ROSINA zmierzył stosunek deuteru do wodoru na komecie 67P. Rysuje się wniosek, że woda na Ziemi może pochodzić nie z komet, a z asteroid…

W środę 10 grudnia o godz. 20:00 CET opublikowano wyniki pomiarów wody z komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko z instrumentu ROSINA. Wynikami badań podzielił się zespół z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Berneńskiego (Szwajcaria), nadzorujący ten instrument. Pomiary wskazują, że jeśli woda na Ziemi pochodzi z komet, to nie z takich jak 67P.

W 2011 roku badania składu izotopowego komety Hartley 2, przez Herschel Space Observatory, wykazały podobieństwa wody na komecie do wody na Ziemi

W 2011 roku badania składu izotopowego komety Hartley 2, przez Herschel Space Observatory, wykazały podobieństwa wody na komecie do wody na Ziemi / Credit: NASA/JPL-Caltech

Pochodzenie wody na Ziemi jest jednym z najważniejszych pytań zadawanych odnośnie formowania się Układu Słonecznego, Ziemi i powstania życia. Odpowiedzi na nie ma szukać również sonda Rosetta, wysłana w 2004 roku do komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Najpowszechniejsza hipoteza mówi, że woda została przyniesiona na Ziemię przez małe ciała niebieskie, które bombardowały jej powierzchnię, gdy ta już była uformowana i ostygła. Nie wiemy jednak jakiego rodzaju to były obiekty i skąd pochodziły. Czy były to asteroidy z rodziny Jowisza, komety z Obłoku Oorta, a może obiekty z Pasa Kuipera?

Informacji na temat pochodzenia wody można szukać w stosunku obfitości deuteru (D) – izotopu wodoru – do zwykłego wodoru (H), jaki w niej występuje. Dzięki wartości D/H naukowcy są w stanie określić z jakiej części Układu Słonecznego pochodzi dane ciało niebieskie. Porównując ten stosunek do wartości występującej w wodzie ziemskiej (0,00015, tj. 1,5×10-4), możemy więc określić skąd pochodzi badana woda.

Spektrometr DFMS (Double Focus Mass Spectrometer) instrumentu ROSINA (sonda Rosetta)

Spektrometr DFMS (Double Focus Mass Spectrometer) instrumentu ROSINA (sonda Rosetta) / Credits: Uniwersytet Berneński

Nowych wskazówek na ten temat dostarczył w środę 10 grudnia zespół naukowców odpowiedzialny za instrument ROSINA na sondzie Rosetta. Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, czyli, w swobodnym tłumaczeniu, spektrometr orbitera Rosetta do analizy cząstek zjonizowanych i neutralnych, to szwajcarski spektrometr do badania składu chemicznego gazów unoszących się w sąsiedztwie komety.

ROSINA zbadała wodę pochodzącą z komety 67P i z pomiarów tych wynika, że różni się ona znacząco od wody ziemskiej. Jej współczynnik D/H jest ponad trzykrotnie większy od tego na Ziemi i wynosi 0,00053, tj. 5,3×10-4.  Jest to jedna z największych wartości zmierzonych w Układzie Słonecznym, dla którego średni D/H jest dziesięć razy mniejszy. Oznacza to też, że woda na Ziemi raczej nie pochodzi z ciał niebieskich takich jak kometa 67P.

Pomiary ROSINA, a dokładnie spektrometru DFMS, musiały być bardzo dokładne i o bardzo wysokiej rozdzielczości, aby móc wyróżnić sygnały pochodzące  z różnych odmian izotopowych wody oraz fluoru. Były możliwe do wykonania dopiero po zbliżeniu się do komety. Widać to na poniższym zestawieniu pomiarów z bliższej i dalszej odległości od 67P. Sygnały na wykresie po prawej są trudne do wyodrębnienia.

Pomiary deuteru i wodoru ze spektrometru DFMS instrumentu ROSINA sondy Rosetta

Pomiary deuteru i wodoru ze spektrometru DFMS instrumentu ROSINA sondy Rosetta, wykonane z bliska (po lewej, większa rozdzielczość) i daleka (po prawej) / Credit: Uniwersytet Berneński

Wiedzieliśmy, że kontaktowe badania komety przez Rosettę przyniosą więcej niespodzianek na temat Układu Słonecznego. Te wspaniałe pomiary zasilą debatę na temat pochodzenia źródeł wody na Ziemi” – ocenił Matt Taylor, główny naukowiec projektu Rosetta.

Aż do drugiej dekady XXI wieku hipotezy kometarnego pochodzenia wody nie wspierały dane pomiarowe. Od 1986, od pierwszego zbliżenia do komety (dokonanego przez Giotto, sondę ESA, do komety 1P/Halley), przez kolejne 20 lat, wszystkie zbadane obiekty kometarne wykazywały stosunek D/H odbiegający od wartości odnotowywanych na Ziemi. Było jasne, że obiekty z Obłoku Oorta, mające dwa razy większe D/H, nie mogą być źródłem wody na Ziemi.

Nieskalibrowane zdjęcie wykonane przez instrument MRI w momencie największego zbliżenia do komety Hartley 2 (JPL/NASA)

Nieskalibrowane zdjęcie wykonane przez instrument MRI w momencie największego zbliżenia do komety Hartley 2 (JPL/NASA)

Dopiero pomiary z 2011 roku wykonane przez Kosmiczny Teleskop Herschela Europejskiej Agencji Kosmicznej wskazały obiekt o D/H zbliżony do ziemskiego. Była to kometa 103P/Hartley (Hartley 2), pochodząca z Pasa Kuipera. Był to wynik dość niespodziewany. Większość modeli pokazywało bowiem, że obiekty z Pasa Kupiera powinny mieć wyższy stosunek D/H niż obiekty z Obłoku Oorta, gdyż formowały się w jeszcze zimniejszym regionie.

Odkrycie spektrometru ROSINA wskazuje więc, że woda na Ziemi może pochodzić z asteroidów i komet pochodzących z regionów bliższych niej samej. Woda mogła też przetrwać gorące epizody geologicznej historii Ziemi w postaci minerałów lub na jej biegunach.

Nasze ustalenia dyskwalifikują także hipotezę, że wszystkie komety z rodziny Jowisza zawierają wodę podobną do ziemskiej. To zadziwiające odkrycie wskazuje na zróżnicowane pochodzenie komet jowiszowych. Być może formowały się w dużo szerszym zakresie odległości od Słońca, niż pierwotnie sądziliśmy” – podsumowała Kathrin Altwegg, kierowniczka zespołu instrumentu ROSINA, autorka pracy na ten temat, która 10 grudnia ukazała się w Science (“67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter Family Comet with a high D/H ratio”).

O instrumencie ROSINA

ROSINA to, ważący 35 kilogramów, zespół trzech przyrządów pomiarowych:

  • COPS – Cometary Pressure Sensor,
  • DFMS – Dobule Focusing Mass Spectrometer,
  • RTOF – Reflectron Time of Flight Sensor.

Powstał on pod nadzorem Uniwersytetu Berneńskiego ze Szwajcarii, we współpracy z instytucjami naukowymi z Europy (Technische Universität Braunschweig [Braunschweig, Niemcy], Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung [Getynga, Niemcy], Institut Pierre-Simon Laplace [Paryż, Francja], Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie [Tuluza, Francja], Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie [Bruksela, Belgia]), Stanów Zjednoczonych (University of Michigan i South West Research Institute), a także wielu innych partnerów instytucjonalnych i przemysłowych (Lockheed Martin, Ecole d’ingénieurs et d’architectes de Fribourg, ETH Zürich, Hochschule für Technik Rapperswil, Hochschule für Technik und Architektur Biel, APCO Technologies SA, Ruag Space AG, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA, montena technology sa, Felix Meier Schutzgastechnik, Styner + Bienz Form Tech Ltd, Collini-Flühmann AG).

(Uniwersytet Berneński, MG)

Przekaż dalej

Komentarze są wyłączone.