Недавнее исследование международной группы ученых под руководством НАСА вновь подняло дискуссию об одной из самых захватывающих тайн планетарной науки — происхождении воды на Земле. Открытие посвящено "изотопной подписи" в воде кометы 67P/Чурюмова-Герасименко, измеренной во время миссии Европейского космического агентства (ESA) Rosetta.
Результаты нового анализа показывают, что, вопреки предыдущим исследованиям, вода кометы имеет соотношение дейтерия и водорода (D/H), поразительно похожее на то, что наблюдается в океанах на Земле.
Эта связь позволяет предположить, что кометы типа 67P, принадлежащие к так называемому «семейству Юпитера», могли сыграть ключевую роль в доставке воды на нашу планету на ранних этапах ее формирования.
Изотопный состав воды является ключевым параметром для отслеживания происхождения земной воды. До недавнего времени исследования показывали, что у большинства комет соотношение D/H сильно отличается от земных океанов, что делает их маловероятными кандидатами для объяснения происхождения воды на Земле.
Кометы семейства Юпитера, такие как 67P, формируются во внешних областях Солнечной системы, но на их орбиту оказывает сильное влияние гравитация Юпитера, которая толкает их к внутренней системе. Поэтому ученые полагают, что в течение первого миллиарда лет существования Земли интенсивная бомбардировка этих небесных тел могла привести к высвобождению значительного количества воды.
Но в 2014 году миссия «Розетта» опровергла это предположение. В действительности, исследователи, проанализировавшие результаты измерений воды на 67P, проведенных «Розеттой» в последующие годы, обнаружили самую высокую концентрацию дейтерия среди всех комет, и примерно в три раза больше дейтерия, чем в океанах Земли, где на каждые 6420 атомов водорода приходится 1 атом дейтерия.
Однако теперь команда под руководством НАСА применила передовую методику статистических расчетов для изучения более 16 000 показаний, собранных во время миссии. Цель состояла в том, чтобы понять, как физические процессы, в частности взаимодействие с кометной пылью, повлияли на соотношение изотопов водорода (особенно дейтерия) в воде, присутствующей в коме кометы.
Команда обнаружила прямую зависимость между наличием пыли в коме и изменчивостью зарегистрированных изотопных соотношений. Пыль, состоящая из зерен, покрытых водяным льдом, играет решающую роль в искажении показаний: когда комета приближается к Солнцу, тепло вызывает выброс газа и пыли с ее поверхности. Вода с высоким содержанием дейтерия имеет тенденцию легче прилипать к зернам пыли, чем вода с соотношением D/H, характерным для Земли. Это явление может создать кажущийся переизбыток дейтерия при близких измерениях, например, во внутренней части комы.
Поэтому исследования показали, что по мере удаления пыли от тела кометы, по крайней мере на 120 км, прилипший водяной лед полностью испаряется, оставляя пыль «сухой». В этих условиях полученные измерения отражают истинный изотопный состав воды в теле кометы.
Эта деталь позволила исследователям получить более надежные данные и обнаружить, что количество дейтерия в комете, возможно, было завышено в предыдущих исследованиях, а на самом деле оно больше похоже на количество дейтерия в океанах Земли.
Это открытие открывает интересные сценарии не только для понимания земной воды, но и для поиска жизни в других местах Солнечной системы и за ее пределами. Если кометы действительно доставляли воду и органические соединения на Землю, то они могли сыграть аналогичную роль и на других планетах и лунах. Например, Европа и Энцелад, спутники Юпитера и Сатурна соответственно, имеют океаны под своей ледяной поверхностью и, возможно, были получены от комет, богатых водой и органическими материалами. Будущие миссии, такие как кометный аппарат ЕКА Comet Interceptor и космические обсерватории нового поколения, могут предоставить дополнительные сведения о составе комет и их роли в распределении воды в Солнечной системе.