Источник воды на Земле — это непреходящая тайна, которая распространяется на экзопланеты и понятие обитаемости. В широком смысле, вода на Земле была либо частью планеты с самого начала ее формирования в солнечной туманности, либо была доставлена позже, возможно, астероидами и кометами. Новые исследования показывают, что неумолимый солнечный ветер мог сыграть свою роль.
Ученые упорно трудились, чтобы понять, откуда на Земле столько живительной воды. Существует множество исследований, поддерживающих сценарий доставки астероидом/кометой. Также есть доказательства того, что она накапливала воду по мере своего роста. Во время фазы аккреции она могла поглощать богатые водой планетезимали.
Чтобы попытаться понять, как вода Земли вписывается в историю планеты и Солнечной системы, исследователи изучают соотношение изотопов на Земле и в метеоритах. Изотопный состав воды Земли наиболее близок к примитивным метеоритам. С другой стороны, он отличается от состава комет и туманного газа.
Это означает, что вода на Земле произошла из того же космохимического резервуара, который также является источником примитивных метеоритов.
Это сложный вопрос. Возможно, вода на Земле имеет несколько источников. Возможно, часть ее была создана в космосе задолго до того, как образовались Земля и остальная часть Солнечной системы, а затем доставлена на Землю.
Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, изучает, как вода может создаваться солнечным ветром, когда он ударяется о поверхности, содержащие кислородсодержащие минералы. Оно называется « Вклад звездного ветра в происхождение воды на поверхности кислородсодержащих минералов ». Ведущий автор — Сватолпук Цивиш из Института физической химии им. Й. Гейровского Чешской академии наук в Праге.
Солнечный ветер — это постоянный поток заряженных частиц, в основном протонов и электронов, которые исходят от Солнца. Ионы H + , которые являются просто протонами, являются наиболее распространенными частицами в солнечном ветре. Они вносят большой вклад в свойства солнечного ветра. Может ли ветер спровоцировать создание молекул воды?
Исследователи провели лабораторные эксперименты, чтобы выяснить это. Они протестировали 14 минералов, содержащих кислород. «Чтобы исследовать процесс образования воды на поверхности оксидных материалов и обилие воды, мы использовали технику поверхностной бомбардировки атомами и ионами водорода или дейтерия», — пишут авторы в своей статье.
Эксперименты состояли из двух фаз: на первой проверялось, будут ли минералы производить воду при воздействии солнечного ветра, а на второй проверялась их адсорбционная способность. Отдельно от абсорбции адсорбция — это адгезия образца к поверхности.
Команда произвела воду, а затем измерила ее двумя методами: эксперимент с микроволновым (MW) разрядом и облучение распылительной пушкой. Они проверили результаты с помощью типа спектрометрического анализа, называемого инфракрасной спектрометрией с преобразованием Фурье (FTIR), и анализа десорбции с программируемой температурой (TPD).
«Оба эксперимента включают в себя бомбардировку образца минерала ионами водорода/дейтерия, которые, среди прочего, реагируют с поверхностным кислородом в решетке минерала и образуют молекулы воды», — пишут авторы.
Образцы оксидного материала подвергались не только сильному току H, H + и молекулярного водорода, имитирующему солнечный ветер, но и интенсивному видимому и ультрафиолетовому излучению, генерируемому в водородном разряде.
«Облучение каменистых кислородсодержащих минералов звездным ветром приводит к реакции между ионами H + и силикатными минералами с образованием воды и OH, что может объяснить наличие воды в реголитах безвоздушных миров, таких как Луна, а также обилие воды в астероидах», — пишут авторы.
Предыдущие исследования установили, что химическая реакция происходит между ионами водорода и силикатными минералами, когда скальные материалы подвергаются воздействию солнечного ветра. Некоторые исследователи наблюдали образование OH (гидроксида) и воды, в то время как другие обнаружили только OH. Это исследование идет глубже, проверяя скальные материалы на адсорбцию воды.
Исследователи проверили способность образцов поглощать воду. Затем они рассчитали, сколько материала должно было достичь Земли, чтобы учесть количество воды на современной Земле.
«Помимо материала, приобретенного Землей во время аккреции, солнечно-ветровое происхождение воды и ее доставка на Землю могли продолжаться даже во время постаккреционной бомбардировки», — пишут авторы. Здесь они имеют в виду гипотетическую позднюю тяжелую бомбардировку.
Предыдущие исследования показывают, что «удары астероидов и комет во время классической поздней тяжелой бомбардировки принесли бы около ∼10 20 кг материала», — пишут авторы. «Если поверхность этого материала была полностью насыщена адсорбированной водой, состоящей из одного из наших минералов, наши расчеты показывают, что, по крайней мере, один океанический эквивалент воды мог быть принесен».
Нет никаких сомнений относительно результатов этих испытаний и способности солнечного ветра создавать воду.
«Результаты экспериментов, обобщенные в этой работе, сосредоточенной на поверхностной бомбардировке атомами водорода, четко подтверждают теорию взаимодействия возбужденных атомов и ионов водорода или дейтерия Ридберга с поверхностным кислородом оксидных минералов», — объясняют авторы. «Наши эксперименты пытаются объяснить происхождение воды в областях твердого материала, содержащего кислород (например, пыли, метеороидов, астероидов, комет), подвергающихся воздействию потока заряженных частиц вблизи родительской звезды».
Атмосфера и магнитосфера Земли защищают ее от солнечного ветра , поэтому ветер не мог создать воду прямо на поверхности Земли. Однако, как показывает исследование, ветер может создавать воду на поверхности других тел, таких как астероиды, и вода может адсорбироваться и удерживаться, а затем доставляться на Землю посредством ударов.
«Этот сценарий применим и к происхождению воды на Земле», — пишут авторы. «Благодаря этому эффекту молекула воды может адсорбироваться на поверхности кислородсодержащих частиц, а затем переноситься на большие расстояния и времена», — пишут исследователи.
Это исследование не будет концом продолжающихся усилий по учету воды на Земле. Увлекательным окольным путем это исследование возвращает нас к астероидам и метеоритам, поставляющим воду на Землю. Если это может произойти здесь, это может произойти и на экзопланетах в других местах галактики.
