Πώς βρέθηκε το νερό στη Γη; Από κομήτες και αστεροειδείς;

Πριν από 4,5 δις χρόνια, ο Ήλιος μας ήταν ένα νεοδημιουργηθέν αστέρι και περιβάλλεται από έναν αχανή δίσκο από αέρια και σκόνη. Με την πάροδο εκατομμυρίων ετών, αυτός ο δίσκος ύλης συμπυκνώνεται, για να σχηματίσει τους πλανήτες. Μακριά από τον Ήλιο επικρατεί τόσο ψύχος, που πλανήτες, όπως ο Δίας, σχηματίζονται με ψυχρούς πυρήνες. Πλησίον του Ήλιου είναι πάνω από 500 βαθμούς Κελσίου θερμότερα απʼ ότι είναι σήμερα. Και η Γη σχηματίζεται από ουσίες, που συμπυκνώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες, όπως η πέτρα και ο σίδηρος. Δηλαδή τότε ήταν πολύ καυτή για να υπάρχει το υγρό νερό. Ένας κατάξερος τόπος.

Περίπου το 70% της σημερινής επιφάνειας του πλανήτη μας καλύπτεται με νερό και παίζει σημαντικό ρόλο στην καθημερινή μας ζωή. Πώς όμως βρέθηκε το νερό στη Γη για πρώτη φορά;

Βρισκόμαστε στο ηλιακό μας σύστημα στη σωστή απόσταση από τον Ήλιο για να υπάρχει αυτό το υγρό νερό. Οπουδήποτε μακρύτερα και αυτό το νερό θα ήταν παγωμένο. Οποιοδήποτε πιο κοντινό σημείο στον Ήλιο και οι θερμοκρασίες θα ήταν πολύ ζεστές και θα κινδυνεύαμε για ένα φαινόμενο του θερμοκηπίου, παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει στην καυτή επιφάνεια της Αφροδίτης. Η όχι πολύ ψυχρή, όχι πολύ ζεστή θέση μας στη λεγόμενη «ζώνη Goldilocks» είναι πολύ καλή, γιατί, φυσικά, το νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή.

Επί 600 εκατομμύρια χρόνια η Γη βομβαρδίζεται από εκατοντάδες εκατομμύρια ψυχρούς κομήτες. Οι κομήτες είναι εξαιρετικά πρωτόγονα σώματα, γιʼ αυτό είναι και τόσο ενδιαφέροντες. Ο πάγος των κομητών δεν έχει πειραχτεί από τη δημιουργία τού ηλιακού συστήματος. Αν οι κομήτες λοιπόν, έφεραν όλο το νερό τής Γης, τότε το νερό που πίνουμε, πλενόμαστε και κολυμπάμε, στην πραγματικότητα το νερό, που αποτελεί το σώμα μας, είναι παλαιότερο και από τον ίδιο τον πλανήτη και προέρχεται από τα άκρα τού ηλιακού συστήματος.

Αλλά πώς έφτασε αυτό το νερό εδώ; Το νερό είναι ένα καθοριστικό χαρακτηριστικό του πλανήτη μας και παίζει τόσο σημαντικό ρόλο στην καθημερινότητά μας. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο έφτασε το νερό στη Γη είναι ένα βασικό μέρος της κατανόησης του πώς και πότε η ζωή εξελίχθηκε και εδώ (θεωρώντας ότι κάποια μορφή ζωής υπάρχει και αλλού). Αλλά δεν ξέρουμε καν πώς προήλθε. Οι επιστήμονες εξακολουθούν να ερευνούν ενεργά πώς ο πλανήτης μας έγινε τόσο υγρός από τις πρώτες περιόδους της.

Η πρώιμη Γη

Η σημερινή εικόνα που έχουμε του σχηματισμού των πλανητών ξεκινά με έναν πρωτοπλανητικό δίσκο – αυτός είναι ένας μεγάλος δίσκος αερίου και σκόνης που στροβιλίζεται γύρω από τον νεοσχηματισμένο Ήλιο μας. Καθώς οι κόκκοι της σκόνης και του πάγου στο δίσκο αλληλεπιδρούν με τον εαυτό τους, αυτοί οι κόκκοι αρχίζουν να σχηματίζουν όλο και μεγαλύτερες συστάδες – συγκεντρώσεις. Τελικά, αυτές οι συγκεντρώσεις σχηματίζουν αυτό που ονομάζουμε planetesimals (πλανητιώδη), τα δομικά στοιχεία των βραχωδών και γιγάντιων πλανητών.

Αλλά στην πρώιμη περίοδο του σχηματισμού του ηλιακού μας συστήματος, αυτός ο δίσκος ήταν πολύ πιο ζεστός στη θέση όπου βρίσκεται τώρα η Γη μας. Έτσι, παρόλο που πιθανότατα υπήρχαν μόρια νερού μέσα στο χάος των συντριμμιών που αποτελούσαν τον δίσκο, ήταν πολύ ζεστό για να συμπυκνωθεί το αέριο νερό σε υγρό, προκαλώντας την εξάτμισή του. Επιπλέον, η πρώιμη Γη δεν είχε ακόμη ατμόσφαιρα που διευκολύνει την εκτόξευση οποιωνδήποτε υγρών σταγονιδίων νερού στο διάστημα. Αυτό μας αφήνει με ένα μικρό αίνιγμα. Αν η Γη δεν θα μπορούσε να έχει σχηματιστεί από το δίσκο με τους ωκεανούς της ήδη άθικτοι, πώς έφτασαν μέχρι εδώ;

Κομήτες vs Αστεροειδών

Εάν το νερό της Γης δεν σχηματίστηκε μαζί με τη Γη, τότε όπως υποπτεύονται οι πλανητολόγοι, θα πρέπει να είχαν φτάσει αργότερα μέσω εξωγήινων “αγγελιοφόρων”. Τόσο οι αστεροειδείς όσο και οι κομήτες επισκέπτονται τη Γη και είναι γνωστό ότι φιλοξενούν πάγο. Στην πραγματικότητα, τα μοντέλα των συνθέσεων αστεροειδών και κομητών υποδηλώνουν ότι φιλοξενούν ακόμη και αρκετό πάγο ώστε να έχουν παραδώσει ικανή ποσότητα νερού ίση με τους ωκεανούς της Γης.

Λοιπόν, λύθηκε το πρόβλημα; ΟΧΙ ακριβώς. Ήταν ένας κομήτης ή ένας αστεροειδής που έφερε το νερό της Γης; Ήταν ένα μεμονωμένο γεγονός ή πολλά; Και πριν πόσο καιρό συνέβη αυτό;

Ένας τρόπος για να προσδιορίσουμε εάν οι αστεροειδείς ή οι κομήτες μας έφεραν τους ωκεανούς μας είναι να εξετάσουμε τη χημική σύνθεση αυτών των κοσμικών αντικειμένων και να συγκρίνουμε αυτή τη σύνθεση με τη Γη για να δούμε ποια είναι πιο όμοια. Για παράδειγμα, ένα μόριο νερού έχει πάντα 10 πρωτόνια (8 από το μόριο οξυγόνου του και ένα καθένα από τα μόρια υδρογόνου του) και συνήθως έχει 8 νετρόνια (μόνο από το μόριο οξυγόνου). Αλλά διαφορετικά ισότοπα των ατόμων του νερού μπορεί να έχουν επιπλέον νετρόνια. Το βαρύ νερό, για παράδειγμα, είναι αυτό που φτιάχνεται που παράγεται από οξυγόνο και δευτέριο, το οποίο είναι το απλό υδρογόνο με προσθήκη ενός νετρονίου.

Μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science το 2014 εξέτασε τις σχετικές ποσότητες διαφορετικών ισοτόπων νερού —μορίων νερού με ποικίλους αριθμούς νετρονίων—σε μετεωρίτες που πιστεύεται ότι έπεσαν στη Γη από τον αρχαίο αστεροειδή Εστία (Vesta). Η Εστία είναι το δεύτερο μεγαλύτερο αντικείμενο στη ζώνη των αστεροειδών και έχει μια επιφάνεια με έντονους κρατήρες που υποδηλώνει ένα βίαιο παρελθόν γεμάτο συγκρούσεις.

Τα δείγματα βράχου από την Vesta είχαν την ίδια κατανομή ισοτόπων που παρατηρήθηκαν πάνω στη Γη. Τώρα, αυτό δεν σημαίνει ότι η Εστία ήταν απαραίτητα η πηγή του νερού μας, αλλά ότι ένα αντικείμενο ή αντικείμενα παρόμοια με την Εστία σε ηλικία και σύνθεση θα μπορούσε να ευθύνεται για το νερό μας.

Αλλά υπάρχουν κι άλλες απόψεις οπότε το θέμα δεν έχει κλείσει εδώ. Για λίγο καιρό, οι μελέτες στους κομήτες φάνηκαν να υποστηρίζουν την ιδέα ότι το νερό της Γης προέρχεται από αστεροειδείς. Το διαστημόπλοιο Rosetta ήταν το πρώτο που τέθηκε σε τροχιά γύρω από έναν κομήτη και στη συνέχεια το πρώτο που έστειλε ένα μικρό σκάφος (που ονομάζεται Philae) στην επιφάνεια του κομήτη. Χάρη στη Rosetta και το Philae , οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η αναλογία βαρέος νερού (νερό από δευτέριο) προς το «κανονικό» νερό (από το απλό υδρογόνο) στους κομήτες, ήταν διαφορετική από αυτή στη Γη, υποδηλώνοντας ότι, το πολύ, το 10% του νερού της Γης θα μπορούσε να προέρχεται από έναν κομήτη.

Ωστόσο, το 2018, ένα κοντινό πέρασμα του κομήτη 46P/Wirtanen επέτρεψε στους πλανητικούς επιστήμονες μια πιο λεπτομερή ματιά στην ισοτοπική του σύνθεση χρησιμοποιώντας το SOFIA , ένα τζάμπο τζετ με τηλεσκόπιο επί του σκάφους. Βρήκαν λοιπόν ότι ο κομήτης είχε παρόμοιες αναλογίες δευτερίου και υδρογόνου με αυτές που βρέθηκαν στη Γη. Λοιπόν, τι κάνει αυτόν τον κομήτη διαφορετικό από αυτόν που μελέτησαν οι Rosetta και Philae;

Λοιπόν, ο κομήτης 46P/Wirtanen προέρχεται από μια κατηγορία γνωστών ως «υπερδραστήριοι» κομήτες, που σημαίνει ότι απελευθερώνουν περισσότερο νερό καθώς πλησιάζουν πιο κοντά στον Ήλιο από ό,τι ένας κανονικός κομήτης. Πώς το κάνουν αυτό; Καθώς ένας τυπικός κομήτης πλησιάζει τη θερμότητα του Ήλιου, τα σωματίδια πάγου από τον πυρήνα του εξαχνώνονται ή πηγαίνουν απευθείας από τον στερεό πάγο σε ένα αέριο, το οποίο μπορεί στη συνέχεια να συμπυκνωθεί σε υγρό νερό, εάν, ας πούμε, έφτανε στην επιφάνεια ενός πλανήτη. Αλλά ένας υπερδραστήριος κομήτης χάνει όχι μόνο τον πάγο από τον πυρήνα του αλλά και σωματίδια, πλούσια σε πάγο, στην ατμόσφαιρά του που προηγουμένως είχαν θερμανθεί και απελευθερωθεί από τον πυρήνα αλλά εξακολουθούν να βρίσκονται γύρω του. Αυτά τα παγωμένα σωματίδια μπορεί να είναι αυτό που κάνει τους υπερδραστήριους κομήτες να έχουν αναλογίες ισοτόπων πιο παρόμοιες με αυτές στη Γη.

Έτσι, παρόλο που οι υπερδραστήριοι κομήτες είναι σπανιότεροι, το γεγονός ότι έχουν παρόμοια ισότοπα με αυτούς που φαίνονται στη Γη τους έβαλε ξανά στο παιχνίδι για τον φορέα του νερού πάνω στη Γη.

Πηγή