Üstökösök helyett valami más hozhatta a földi vizet

Comet flying towards planet earth, computer artwork.

Úgy tűnik, mégsem üstökösök hozták a vizet a Földre - erre engednek következtetni a Rosetta egyik fontos mérésének eredményei.

Egy hónappal a Philae történelmi leszállása után folyamatosan szállingóznak a Rosetta-küldetés eredményei. Olvashattunk szerves molekulák felszíni jelenlétéről és a talaj meglepőő keménységéről, most azonban nem a leszállóegység, hanem az üstökösmag körül keringő anyaszonda ROSINA nevű tömegspektroszkópjának adatai lepték meg a tudományos közönséget.

Az üstökösmag anyaga a Nap felé közeledve egyre intenzívebb gázcsóvák formájában hagyja el a felszínt, így az űrszonda műszerei közvetve “megszaglászhatják”. Mivel a mag jelentős részben jégből áll, a gázcsóvákban sok a víz, mely a mérések során meglepően nehéznek bizonyult.

A Csurjumov-Geraszimenko üstökös magjából kiinduló gázáramok Forrás: ESA

Mitől lesz nehéz a víz?

A hidrogénnek egyetlen protont tartalmazó változata mellett létezik egy másik stabil izotópja is: a deutérium. Ennek atommagjában a proton mellett egy neutron is megtalálható, így moláris tömege duplája a “sima” hidrogénének (melyet, ha izotópokról, beszélünk, próciumnak nevezünk). Ha a vízben a hidrogénatomokat deutériumra cseréljük, nehézvízhez jutunk, mely folyékony állapotában nagyjából 11%-kal sűrűbb a víznél. Ha a kettőt összekeverjük, a molekulákban a hidrogén- és deutériumatomok gyakran cserélődnek.

Mivel a deutérium a hidrogénhez hasonlóan elképesztően stabil, ha egy pár milliárd éve összefagyott jégdarabot vizsgálunk, abban ugyanakkorának kell lennie a két izotóp előfordulási arányának, mintha ugyanezt a jeget felolvasztjuk, és óceánok formájában egy bolygón tároljuk ez idő alatt. Lehetne persze valamilyen természetes folyamat, mely megváltoztatja ezt az izotóparányt, ilyenről azonban jelenleg nem tudunk. Vagyis, a vízben található deutérium hidrogénhez viszonyított aránya sokat elárulhat arról, hogy honnan is érkezett ez a víz.

Az üstökösmag üzenete

A földi víz származásának magyarázatára még nem létezik biztos lábakon álló elmélet. Mivel az üstökösökről ismert, hogy nagy mennyiségben tartalmaznak jeget, logikusnak tűnt, hogy rájuk gyanakodjanak. Az utóbbi évetizedek mérései azonban kimutatták, hogy az üstökösök legfontosabb forrásvidékének számító Oort-felhőből nem érkezhetett a földi víz, ugyanis az innen származó üstökösökben a deutérium hidrogénhez viszonyított aránya több mint kétszerese a földi óceánokban mértnek.

A Hartley-2 üstökös kiáramló gázcsóvákkal Forrás: NASA

A figyelem a kisbolygókra terelődött, mígnem megérkezett a Kuiper-övből a Hartley-2 nevű üstökös, melynek deutériumtartalmát a földi óceánokéhoz hasonlónak mérték. Újjáéledt hát az üstököseredet-elmélet, és a kutatók mindeddig úgy tekintettek a Kuiper-öv üstökösmagjaira, mint a földi víz lehetséges forrására.

Oort-felhő: a Naprendszer peremvidékén található üstökösfelhő elnevezése. A belső és a külső Oort-felhő együttesen 1000 és 100 000 CSE (csillagászati egység, azaz átlagos Föld-Nap távolság) közötti távolságban van, és több százmilliárd, legalább 1 kilométeres üstökösmagot tartalmazhat.
Kuiper-öv: a Naptól 30-55 CSE között húzódó, korong alakú üstökösfelhő, tagjai a Kuiper-objektumok. A Kuiper-öv tömege néhány földtömeg, sokmillió 1 km-nél nagyobb kisbolygót, illetve üstökösmagot tartalmazhat. Belső részéről az ütközések és az óriásbolygók gravitációs hatása üstökösmagokat juttat a nagybolygók térségébe, külső részén a Naprendszer ősanyaga az eredetihez hasonló állapotban van. Napjainkig több mint 1000 Kuiper-objektumot fedeztek fel, a Plútó is a Kuiper-öv tagja. Találtak már a Plútónál nagyobb égitestet is (Eris).
Forrás: http://tudasbazis.csillagaszat.hu/

A Rosetta mérése azonban igencsak kérdésessé teszi ezt az elméletet, hiszen a Csurjumov-Geraszimenko üstökösön a földi deutériumarány háromszorosát mérték, ami még az Oort-felhő objektumainál megismert értéknél is nagyobb. Kérdés persze, hogy a Rosetta által megfigyelt üstökös mennyire tekinthető tipikusnak a Kuiper-övben - ez a magas érték azonban mindenképpen csökkenti az üstökösök szerepének valószínűségét, és ismét a kisbolygókra irányítja a figyelmet, melyek jelenleg nem tartalmaznak nagy mennyiségű vizet, azonban a meteoritok elemzéséből az adódik, hogy esetükben a deutérium előfordulása átlagosan a földi arányt közelíti.

Kathrin Altwegg és kutatótársai tanulmánya hétfőn jelent meg a Science-ben.