Dalam kertas baru yang diterbitkan hari ini dalam jurnal Astronomi Alam, sepasukan penyelidik dari UK, Australia dan Amerika menerangkan bagaimana analisis baharu asteroid purba menunjukkan bahawa butiran debu luar angkasa membawa air ke Bumi semasa planet itu terbentuk.
Air dalam bijirin dihasilkan oleh luluhawa angkasa, satu proses di mana zarah bercas daripada Matahari yang dikenali sebagai angin suria mengubah komposisi kimia bijirin untuk menghasilkan molekul air.
Penemuan itu boleh menjawab persoalan lama tentang di mana Bumi yang kaya dengan air yang luar biasa mendapat lautan yang meliputi 70 peratus permukaannya - jauh lebih banyak daripada planet berbatu lain dalam Sistem Suria kita. Ia juga boleh membantu misi angkasa lepas mencari sumber air di dunia tanpa udara.
Para saintis planet telah berteka-teki selama beberapa dekad mengenai sumber lautan Bumi. Satu teori mencadangkan bahawa satu jenis batu angkasa yang membawa air yang dikenali sebagai asteroid jenis C boleh dibawa air ke planet ini pada peringkat akhir pembentukannya 4.6 bilion tahun yang lalu.
Untuk menguji teori itu, saintis sebelum ini telah menganalisis 'cap jari' isotop bagi ketulan asteroid jenis C yang telah jatuh ke Bumi sebagai meteorit kondrit berkarbonat yang kaya dengan air. Jika nisbah hidrogen dan deuterium dalam air meteorit sepadan dengan air daratan, saintis boleh menyimpulkan bahawa meteorit jenis C adalah sumber yang mungkin.
Keputusannya tidak begitu jelas. Walaupun beberapa cap jari deuterium/hidrogen meteorit yang kaya dengan air memang sepadan dengan air Bumi, ramai yang tidak. Secara purata, cap jari cecair meteorit ini tidak selaras dengan air yang terdapat di dalam mantel dan lautan Bumi. Sebaliknya, Bumi mempunyai cap jari isotop yang berbeza dan lebih ringan.
Dalam erti kata lain, walaupun sebahagian daripada air Bumi mesti berasal dari meteorit jenis C, Bumi yang membentuk mesti menerima air daripada sekurang-kurangnya satu lagi sumber cahaya isotop yang berasal dari tempat lain dalam Sistem Suria.
Pasukan yang diketuai Universiti Glasgow menggunakan proses analitik canggih yang dipanggil tomografi probe atom untuk meneliti sampel daripada jenis batu angkasa berbeza yang dikenali sebagai asteroid jenis S, yang mengorbit lebih dekat dengan matahari daripada jenis C. Sampel yang mereka analisis datang daripada asteroid yang dipanggil Itokawa, yang dikumpulkan oleh siasatan angkasa Jepun Hayabusa dan kembali ke Bumi pada 2010.
Tomografi probe atom membolehkan pasukan mengukur struktur atom butir satu atom pada satu masa dan mengesan molekul air individu. Penemuan mereka menunjukkan bahawa sejumlah besar air dihasilkan tepat di bawah permukaan butiran bersaiz habuk dari Itokawa oleh luluhawa angkasa.
Sistem suria awal adalah tempat yang sangat berdebu, menyediakan banyak peluang air untuk dihasilkan di bawah permukaan zarah debu bawaan angkasa. Debu yang kaya dengan air ini, para penyelidik mencadangkan, akan menghujani Bumi awal bersama asteroid jenis C sebagai sebahagian daripada penghantaran lautan Bumi.
Dr Luke Daly, dari Sekolah Geografi dan Sains Bumi Universiti Glasgow, ialah pengarang utama kertas itu. Dr Daly berkata: "Angin suria adalah aliran kebanyakan ion hidrogen dan helium yang mengalir secara berterusan dari Matahari keluar ke angkasa. Apabila ion hidrogen tersebut mengenai permukaan tanpa udara seperti asteroid atau zarah habuk bawaan angkasa, ia menembusi beberapa puluh nanometer di bawah permukaan, di mana ia boleh menjejaskan komposisi kimia batu. Dari masa ke masa, kesan 'luluhawa angkasa' ion hidrogen boleh mengeluarkan atom oksigen yang mencukupi daripada bahan dalam batu untuk mencipta H2O – air – terperangkap dalam mineral pada asteroid.
"Yang penting, air yang berasal dari angin suria yang dihasilkan oleh sistem suria awal ini adalah ringan secara isotop. Itu menunjukkan dengan kuat bahawa habuk berbutir halus, yang ditimpa angin suria dan ditarik ke dalam Bumi membentuk berbilion tahun yang lalu, boleh menjadi sumber takungan air planet yang hilang."
Prof. Phil Bland, Profesor Cemerlang John Curtin di Sekolah Sains Bumi dan Planetary di Universiti Curtin dan pengarang bersama kertas itu berkata "Tomografi probe atom membolehkan kita melihat dengan sangat terperinci di dalam 50 nanometer pertama atau lebih permukaan butiran debu di Itokawa, yang mengorbit matahari dalam kitaran 18 bulan. Ia membolehkan kami melihat bahawa serpihan rim cuaca angkasa ini mengandungi air yang mencukupi yang, jika kami meningkatkannya, akan berjumlah kira-kira 20 liter untuk setiap meter padu batu.”
Pengarang bersama Prof. Michelle Thompson dari Jabatan Sains Bumi, Atmosfera dan Planetary di Universiti Purdue menambah: “Ia adalah jenis pengukuran yang tidak mungkin dilakukan tanpa teknologi yang luar biasa ini. Ia memberi kita gambaran yang luar biasa tentang bagaimana zarah habuk kecil terapung di angkasa mungkin membantu kita mengimbangi buku tentang komposisi isotop air Bumi, dan memberi kita petunjuk baharu untuk membantu menyelesaikan misteri asal-usulnya."
Para penyelidik mengambil berat untuk memastikan bahawa keputusan ujian mereka adalah tepat, menjalankan eksperimen tambahan dengan sumber lain untuk mengesahkan keputusan mereka.
Dr Daly menambah: "Sistem tomografi probe atom di Universiti Curtin adalah bertaraf dunia, tetapi ia tidak pernah digunakan untuk jenis analisis hidrogen yang kami lakukan di sini. Kami ingin memastikan bahawa keputusan yang kami lihat adalah tepat. Saya membentangkan keputusan awal kami pada persidangan Lunar and Planetary Science pada 2018, dan bertanya sama ada rakan sekerja yang hadir akan membantu kami mengesahkan penemuan kami dengan sampel mereka sendiri. Kami gembira, rakan sekerja di NASA Johnson Space Center dan University of Hawai'i di Mānoa, Purdue, Virginia dan Universiti Arizona Utara, makmal kebangsaan Idaho dan Sandia semuanya menawarkan bantuan. Mereka memberi kami sampel mineral serupa yang disinari dengan helium dan deuterium dan bukannya hidrogen, dan daripada hasil siasatan atom bahan-bahan tersebut dengan cepat menjadi jelas bahawa apa yang kami lihat di Itokawa berasal dari luar angkasa.
“Rakan-rakan sekerja yang menawarkan sokongan mereka pada penyelidikan ini benar-benar merupakan pasukan impian untuk luluhawa angkasa, jadi kami sangat teruja dengan bukti yang kami kumpulkan. Ia boleh membuka pintu kepada pemahaman yang lebih baik tentang rupa Sistem Suria awal dan bagaimana Bumi dan lautannya terbentuk."
Profesor John Bradley, dari Universiti Hawai'i di Mānoa, Honolulu, pengarang bersama kertas kerja itu, menambah: Baru-baru ini sedekad yang lalu, tanggapan bahawa penyinaran angin suria adalah relevan dengan asal usul air dalam sistem suria. , lebih kurang relevan dengan lautan Bumi, akan disambut dengan keraguan. Dengan menunjukkan buat kali pertama bahawa air dihasilkan in situ di permukaan asteroid, kajian kami membina badan terkumpul bukti bahawa interaksi angin suria dengan butiran debu yang kaya dengan oksigen memang menghasilkan air.
"Memandangkan habuk yang banyak terdapat di seluruh nebula suria sebelum permulaan pertambahan planetesimal tidak dapat dielakkan disinari, air yang dihasilkan oleh mekanisme ini secara langsung berkaitan dengan asal usul air dalam sistem planet dan mungkin komposisi isotop lautan Bumi."
Anggaran mereka tentang berapa banyak air yang mungkin terkandung dalam permukaan bercuaca angkasa juga mencadangkan cara penjelajah angkasa masa hadapan boleh mengeluarkan bekalan air walaupun di planet yang paling kelihatan gersang.
Pengarang bersama Profesor Hope Ishii dari Universiti Hawai'i di Mānoa berkata: "Salah satu masalah penerokaan angkasa lepas manusia masa depan ialah bagaimana angkasawan akan mencari air yang mencukupi untuk memastikan mereka hidup dan menyelesaikan tugas mereka tanpa membawanya bersama mereka dalam perjalanan mereka. .
“Kami fikir adalah munasabah untuk mengandaikan bahawa proses luluhawa angkasa yang sama yang mencipta air di Itokawa akan berlaku pada satu darjah atau yang lain di banyak dunia tanpa udara seperti Bulan atau asteroid Vesta. Ini mungkin bermakna bahawa peneroka angkasa lepas mungkin boleh memproses bekalan air segar terus daripada habuk di permukaan planet. Sungguh menggembirakan untuk berfikir bahawa proses yang membentuk planet boleh membantu menyokong kehidupan manusia semasa kita menjangkau menjangkau Bumi."
Dr Daly menambah: "Projek Artemis NASA sedang merancang untuk menubuhkan pangkalan tetap di Bulan. Jika permukaan bulan mempunyai takungan air yang serupa yang bersumberkan angin suria yang ditemui oleh penyelidikan ini di Itokawa, ia akan mewakili sumber yang sangat besar dan berharga untuk membantu mencapai matlamat itu."
Kertas kerja pasukan itu, bertajuk 'Sumbangan Angin Matahari kepada Lautan Bumi', diterbitkan dalam Astronomi Alam.
Penyelidik dari Universiti Glasgow, Universiti Curtin, Universiti Sydney, Universiti Oxford, Universiti Hawai'i di Mānoa, Muzium Sejarah Alam, Makmal Kebangsaan Idha, Lockheed Martin, Makmal Kebangsaan Sandia, Pusat Angkasa NASA Johnson, Universiti Virginia, Universiti Arizona Utara dan Universiti Purdue semuanya menyumbang kepada kertas kerja.
