Повторный анализ данных, полученных с кометы 67P, похожей на «резиновую уточку», собранных почти десять лет назад, позволяет предположить, что кометы могли занести на Землю гораздо больше воды, чем считали ученые ранее.
Идея о том, что воду на раннюю Землю привозили кометы, утратила популярность за последнее десятилетие, но новый взгляд на данные миссии Европейского космического агентства (ЕКА) «Розетта» к знаменитой комете в форме «резиновой уточки» вновь открыл такую возможность.
Вода имеет довольно простой химический состав: всего три атома (два водорода и один кислород) в каждой молекуле. Это также одна из самых распространенных молекул на Земле, а океаны нашей планеты заполнены примерно миллионом триллионов тонн жидкости.
Однако то, как вся эта вода оказалась на Земле, остается загадкой. Некоторые ученые полагают, что хотя геологические процессы Земли могли сгенерировать лишь малую ее часть, большая часть воды, скорее всего, была отложена кометами или астероидами в результате повторяющихся катастрофических столкновений.
Выяснение того, какая из этих двух групп была ответственна, включает в себя особую химическую сигнатуру, которая возникает, поскольку водород в воде встречается в двух различных изотопах или формах. В то время как большинство атомов водорода содержат только один протон в своем ядре, крошечная часть содержит дополнительный нейтрон. Химическая сигнатура включает в себя измерение количества этого более тяжелого изотопа водорода, называемого дейтерием, относительно его более легкой, обычной формы — величины, называемой отношением дейтерия к водороду, или D/H.
«D/H в воде говорит нам, при какой температуре образовался лед, и, исходя из этого, насколько далеко от Солнца образовалась комета», — сказала Кэтлин Мандт, планетолог из NASA и соавтор нового исследования, описывающего повторный анализnce. Чем ниже значение D/H, тем дальше от Солнца родился астероид или комета.
Исследования последних десятилетий показали, что отношение D/H у Земли аналогично показателям многих астероидов и нескольких комет семейства Юпитера — группы комет, которые пролетают мимо Солнца примерно каждые 20 лет и чьи траектории изменяются под действием гравитации Юпитера.
Но значение D/H кометы-«резиновой уточки» 67P/Чурюмова-Герасименко, определенное в исследовании 2015 года, по сути, положило конец доводам в пользу комет. Усредненное по 150 измерениям, собранным миссией Rosetta ЕКА во время встречи космического аппарата с кометой 67P в 2014 году, значение D/H было примерно в три раза больше земного. Исследователи интерпретировали это как доказательство того, что кометы вряд ли доставляли воду на Землю.
Результаты были озадачивающими, сказала Мандт, потому что значение D/H было намного выше, чем у других комет семейства Юпитера. Плюс, «комета должна иметь намного больше CO [угарного газа] и N2 [азота], чем измерила Rosetta, потому что эти льды также образуются при очень низких температурах», добавила она.
Чтобы понять, что комета 67P имеет высокое отношение D/H, Мандт и другие астрономы из исследовательских институтов США, Франции и Швейцарии решили прочесать весь набор данных Rosetta. Используя инновационный статистический метод, разработанный Якобом Люстигом-Йегером из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса, команда идентифицировала сигналы, исходящие только от молекул воды, содержащих дейтерий, что позволило им собрать около 4000 измерений D/H.
Исследователи обнаружили, что значения D/H сильно различаются вдоль длинной оси кометы, причем самые высокие значения наблюдаются вблизи «ядра» — каменистой части, напоминающей резиновую уточку, — и уменьшаются вдоль хвоста.
Такое изменение, вероятно, происходит из-за процессов, происходящих внутри кометы, написали исследователи в своем исследовании, опубликованном в журнале Science Advances. По мере приближения кометы к Солнцу ее поверхность нагревается, что высвобождает газ вместе с покрытыми льдом частицами пыли в кому (гало, которое образуется вокруг ядра). Предыдущие, не связанные с этой темой лабораторные исследования показали, что лед, содержащий дейтерий, имеет тенденцию прилипать к частицам пыли больше, чем к обычному льду. Ученые поняли, что такие частицы пыли, попадая в кому, могут объяснять высокие значения D/H, зарегистрированные там.
Однако исследователи отметили, что частицы пыли на расстоянии около 120 километров от ядра по сути высохли, то есть в них нет льда, обогащенного дейтерием, который мог бы генерировать ложно высокие значения D/H. Используя только данные, собранные на этом расстоянии, авторы подсчитали, что фактическое значение D/H кометы 67P было всего в 1,5 раза больше, чем у Земли.
Пересмотренное значение D/H означает, что «все кометы семейства Юпитера, которые мы смогли измерить, имеют D/H, близкий к D/H земной воды», — сказала Мандт. Это подразумевает, что кометы играли главную, а не второстепенную роль в орошении Земли. Кроме того, добавила она, более низкое значение D/H предполагает, что комета 67P родилась ближе к Солнцу, чем ученые считали ранее.
