Głos sondy Rosetta w dyskusji o pochodzeniu wody na Ziemi

Pomiary zostały rozpoczęte zaraz po tym, jak 6 sierpnia statek dotarł do komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Wynik tej analizy to jeden z najbardziej oczekiwanych rezultatów misji Rosetta, ponieważ pytanie o pochodzenie wody na Ziemi jest nadal otwarte.

Według jednej z wiodących hipotez Ziemia podczas formowania się 4,6 mld lat temu była tak gorąca, że jej pierwotne zasoby wody po prostu wyparowały. Dziś jednak dwie trzecie powierzchni planety pokrywa woda. Skąd więc się wzięła?

Hipoteza zakłada, że woda została najpewniej dostarczona na Ziemię po tym, jak planeta ostygła, przez komety i asteroidy. Która grupa tych obiektów przyczyniła się do tego najbardziej, jeszcze nie ustalono.

Kluczem do określenia pochodzenia wody jest jej „izotopowy zapach”. W tym przypadku: stosunek deuteru – izotopu wodoru posiadającego dodatkowy neutron – do normalnego wodoru

Ten współczynnik niesie ważne informacje o powstawaniu i wczesnej ewolucji Układu Słonecznego. Symulacje pokazują, że jego wartość w ciągu pierwszych kilku milionów lat powinna zmieniać wraz z odległością od Słońca.

Jednym z kluczowych zadań jest porównanie wartości tego współczynnika dla różnych obiektów z wartością dla wody z ziemskich oceanów. To pozwoliłoby określić, który ich rodzaj miał największy wkład w pojawieniu się wody na Ziemi.

Komety dają wyjątkowe możliwości uzyskania informacji o wczesnym Układzie Słonecznym, zawierają bowiem materię będącą pozostałością po dysku protoplanetarnym, z którego kształtowały się planety. Odzwierciedlają więc one skład pierwotnej materii, z której same powstawały.

Jednak dynamika ewolucji Układu Słonecznego sprawiła, że nie był to prosty proces. Komety długookresowe, przybywające z odległego Obłoku Oorta, powstały w sąsiedztwie orbit Urana i Neptuna – na tyle daleko, że mógł tam przetrwać lód wodny.

Później, gdy gazowe giganty oczyszczały swe orbity za pomocą grawitacji, komety zostały wyrzucone na skraj Układu Słonecznego.

Uważa się, że komety rodziny Jowisza, takie jak badana przez Rosettę kometa 67P, powstały zgoła inaczej: uformowały się dalej za orbitą Neptuna, w Pasie Kuipera. Od czasu do czasu ich ruch ulega zaburzeniu i zostają skierowane w głąb Układu Słonecznego, gdzie ich orbita trafia pod grawitacyjny wpływ Jowisza, skąd ich zbiorcza nazwa.

Orbita komety 67P wpisuje się w ten schemat. Kometa 67P krąży między orbitami Ziemi i Marsa (w punktach najbliższych Słońcu) a Jowisza (w najodleglejszych od Słońca), z okresem 6,5 roku.

W dotychczasowych pomiarach proporcji deuteru do wodoru (D/H) na 11 innych kometach otrzymano bardzo różne wyniki. Jedynie pomiary komety 103P/Hartley 2, z rodziny komet jowiszowych, dokonane przez europejską misję Herschel w 2011 roku były zgodne z wartością dla ziemskiej wody.

Za to meteoryty, pochodzące pierwotnie z asteroidów z Pasa Planetoid, często mają ten współczynnik zgodny z wodą na Ziemi. Mimo małej obfitości wody w swym składzie mogły dostarczać wodę na Ziemię dzięki większej częstości zderzeń z nią.

Badania Rosetty są więc ważne, bo wykluczają z hipotezy niektóre obiekty. Co ciekawe, stosunek D/H zmierzony przez Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis (ROSINA; w swobodnym tłumaczeniu: spektrometr orbitera Rosetta do analizy jonów i cząstek obojętnych) jest trzy razy większy od wartości na Ziemi i na komecie Hartley 2. Jest nawet większy niż jakakolwiek wartość znana dla komet Obłoku Oorta.

„To zadziwiające odkrycie może wskazywać na zróżnicowane pochodzenie komet z rodziny Jowisza. Być może formowały się one w znacznie szerszym zakresie odległości od Słońca, niż pierwotnie sądziliśmy”, powiedziała Kathrin Altwegg, kierownik naukowy instrumentu ROSINA i autorka opracowania tych wyników, opublikowanych w środę 10 grudnia w miesięczniku Science.

„Nasze odkrycie wyklucza także hipotezę, że komety z rodziny Jupitera zawierają wyłącznie wodę podobną do tej na Ziemi, i kieruje nas w stronę modeli, w których to asteroidy są głównym środkiem dostarczania wody do ziemskich oceanów” - dodała.

„Wiedzieliśmy, że badania kontaktowe komety 67P przeprowadzane przez Rosettę przyniosą więcej niespodzianek na temat Układu Słonecznego. Te wspaniałe pomiary to nowy głos w dyskusji na temat pochodzenia wody na Ziemi”, ocenił Matt Taylor, główny naukowiec projektu Rosetta.

„Dzięki temu, że Rosetta będzie towarzyszyła komecie w jej wędrówce po orbicie przez cały następny rok, będziemy mogli z bliska przyglądać się, jak kometa zachowuje się i zmienia. Da nam to wyjątkowy wgląd w niezwykły świat komet i ich rolę w powstaniu Układu Słonecznego” – stwierdził Taylor.

Praca „67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter Family Comet with a high D/H ratio”pod redakcją K. Altwegg i in. została opublikowana 10 grudnia 2014 roku w piśmie Science.

Więcej o instrumencie ROSINA
Instrument ROSINA składa się z dwóch spektrometrów mas: spektrometru mas o podwójnym ogniskowaniu (double focusing mass spectrometer, DFMS) i spektrometru czasu przelotu ze zwierciadłem elektrostatycznym (reflectron time of flight mass spectrometer, RTOF). Omawiane pomiary zostały dokonane spektrometrem DFMS.
Badania oparto na wynikach pomiarów 50 widm zebranych między 8 sierpnia a 5 września 2014 roku. Stosunek D/H został wyznaczony z pomiarów HD16O/H2 16O.
Zespół instrumentu ROSINA jest kierowany przez Kathrin Altwegg z Uniwersytetu Berneńskiego w Szwajcarii.
 
Więcej o misji Rosetta
Rosetta jest misją ESA zrealizowaną przy wkładzie Państw Członkowskich oraz NASA. Lądownik Rosetty, Philae, został dostarczony przez konsorcjum kierowane przez DLR, MPS, CNES oraz ASI. Rosetta to pierwsza misja w historii, która zbliżyła się do komety i będzie jej towarzyszyć podczas obiegu wokół Słońca. Philae wylądował na komecie 12 listopada 2014 roku. Komety to kapsuły czasu zawierające pierwotny materiał z okresu, gdy tworzyły się Słońce i planety. Badając gaz, pył, strukturę jądra oraz organicznych materiałów powiązanych z kometą, zarówno zdalnie, jak i kontaktowo, misja Rosetta powinna stać się kluczem do rozwiązania zagadki historii i ewolucji naszego Układu Słonecznego.