Rosetta: Woda na Ziemi nie pochodzi z komet?

Pochodzenie wody na Ziemi jest jednym z najważniejszych pytań zadawanych odnośnie formowania się Układu Słonecznego, Ziemi i powstania życia. Odpowiedzi na nie ma szukać również sonda Rosetta, wysłana w 2004 roku do komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko. Najpowszechniejsza hipoteza mówi, że woda została przyniesiona na Ziemię przez małe ciała niebieskie, które bombardowały jej powierzchnię, gdy ta już była uformowana i ostygła. Nie wiemy jednak jakiego rodzaju to były obiekty i skąd pochodziły. Czy były to asteroidy z rodziny Jowisza, komety z Obłoku Oorta, a może obiekty z Pasa Kuipera?
 
Informacji na temat pochodzenia wody można szukać w stosunku obfitości deuteru (D) – izotopu wodoru – do zwykłego wodoru (H), jaki w niej występuje. Dzięki wartości D/H naukowcy są w stanie określić z jakiej części Układu Słonecznego pochodzi dane ciało niebieskie. Porównując ten stosunek do wartości występującej w wodzie Ziemskiej (0,00015, tj. 1,5×10-4), możemy więc określić skąd pochodzi badana woda.

Nowych wskazówek na ten temat dostarczył w środę 10 grudnia zespół naukowców odpowiedzialny za instrument ROSINA na sondzie Rosetta.  Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis, czyli - w wolnym tłumaczeniu - spektrometr orbitera Rosetta do analizy cząstek zjonizowanych i neutralnych, to szwajcarski spektrometr do badania składu chemicznego gazów unoszących się w sąsiedztwie komety.
 
ROSINA zbadała wodę pochodzącą z komety 67P i z pomiarów tych wynika, że różni się ona znacząco od wody ziemskiej. Jej współczynnik D/H jest ponad trzykrotnie większy od tego na Ziemi i wynosi 0,00053, tj. 1,5x10.  Jest to jedna z największych wartości zmierzonych w Układzie Słonecznym, dla którego średni D/H jest dziesięć razy mniejszy. Oznacza to też, że woda na Ziemi raczej nie pochodzi z ciał niebieskich takich jak kometa 67P.

Pomiary ROSINA, a dokładnie spektrometru DFMS, musiały być bardzo dokładne i o bardzo wysokiej rozdzielczości, aby móc wyróżnić sygnały pochodzące  z różnych odmian izotopowych wody oraz fluoru. Były możliwe do wykonania dopiero po zbliżeniu się do komety. Widać to na poniższym zestawieniu pomiarów z bliższej i dalszej odległości od 67P. Sygnały na wykresie po prawej są trudne do wyodrębnienia.

„Wiedzieliśmy, że kontaktowe badania komety przez Rosettę przyniosą więcej niespodzianek na temat Układu Słonecznego. Te wspaniałe pomiary zasilą debatę na temat pochodzenia źródeł wody na Ziemi” – ocenił Matt Taylor, główny naukowiec projektu Rosetta.

Skąd pochodzi woda?
 
Aż do drugiej dekady XXI wieku hipotezy kometarnego pochodzenia wody nie wspierały dane pomiarowe. Od roku 1986, czyli od pierwszego zbliżenia do komety Halleya dokonanego przez sondę Giotto, przez kolejne 20 lat wszystkie zbadane obiekty kometarne wykazywały stosunek D/H odbiegający od wartości odnotowywanych na Ziemi. Było jasne, że obiekty z Obłoku Oorta, mające dwa razy większe D/H, nie mogą być źródłem wody na Ziemi.

Dopiero pomiary z 2011 roku wykonane przez Kosmiczny Teleskop Herschela wskazały obiekt od D/H zbliżony do ziemskiego. Była to kometa 103P/Hartley (Hartley 2), pochodząca z Pasa Kuipera. Był to wynik dość niespodziewany. Większość modeli pokazywało bowiem, że obiekty z Pasa Kupiera powinny mieć wyższy stosunek D/H niż obiekty z Obłoku Oorta, gdyż formowały się w jeszcze zimniejszym regionie.
 
Odkrycie spektrometru ROSINA wskazuje więc, że woda na Ziemi może pochodzić z asteroid i komet pochodzących z regionów bliższych niej samej. Woda mogła też przetrwać gorące epizody geologicznej historii Ziemi w postaci minerałów lub na jej biegunach.
 
„Nasze ustalenia dyskwalifikują także hipotezę, że wszystkie komety z rodziny Jowisza zawierają wodę podobną do ziemskiej. To zadziwiające odkrycie wskazuje na zróżnicowane pochodzenie komet jowiszowych. Być może formowały się w dużo szerszym zakresie odległości od Słońca, niż pierwotnie sądziliśmy” – podsumowała Kathrin Altwegg, kierowniczka zespołu instrumentu ROSINA, autorka pracy na ten temat, która 10 grudnia ukazała się w "Science".