أحد أكثر الأسئلة ديمومة حول الأرض يتعلق بأصول مياهها. من أين أتى؟ إحدى النظريات الشائعة تمنح المذنبات شرف جلب الماء إلى الأرض . يقول آخر أن مياه الأرض جاءت عندما كان كوكب أوليًا تحطمت في وقت مبكر من الأرض ، ليس فقط توصيل كمية هائلة من المياه ، ولكن خلق القمر.
أظهرت دراسة جديدة الآن أن كوكب فيستا حصل على مياهه من غبار الفضاء. هل يمكن أن يساعد ذلك في تفسير أصل مياه الأرض؟
'يُظهر هذا البحث أنه يمكنك نقل النيازك الدقيقة الصغيرة التي تحتوي على الجليد إلى أجسام جافة تكونت بدون ماء.'
ليونيل فاشير ، مؤلف مشارك في الدراسة ، وباحث ما بعد الدكتوراه
المؤلف الرئيسي لهذه الدراسة هو نان ليو ، أستاذ باحث مساعد في الفيزياء ومختبر علوم الفضاء في الآداب والعلوم. عنوان الدراسة هو 'التحقيق النظيري NanoSIMS من الصدمات الكربونية xenolithic من kapoeta هوارديت.' تم نشره في المجلة Geochimica et Cosmochimica Acta .
تتمحور هذه الدراسة حول بعض المواد النادرة جدًا في نظامنا الشمسي. جاءت معظم المادة في نظامنا الشمسي من نجوم أخرى ميتة منذ زمن طويل. عندما تشكلت شمسنا ونظامنا الشمسي ، تبخرت تلك المادة ، ثم أعيد تكثيفها إلى مادة جديدة. لكن قسمًا صغيرًا منه نجا من سيناريو الولادة المروع. بعض هذه الحبيبات الصغيرة لم تتبخر أبدًا ، مما يجعلها أقدم من نظامنا الشمسي نفسه.
من خلال تحديد وفحص تلك المواد ، يمكن للعلماء تعلم بعض الأشياء.
نظرت هذه الدراسة في الكوكب الصغير (أو الكويكب) فيستا (4 فستا). وصلت بعض حبيبات غبار النجوم القديمة إلى فيستا ، على شكل أشباه ميكرومترية ، وبعضها جلب الماء إلى الجسم الصخري. كيف يعرف العلماء ذلك؟
الكوكب الكوكبي فيستا. زارت مركبة داون الفضائية فيستا بين يوليو 2011 وسبتمبر 2012. Credit: NASA
قال ليو في أ خبر صحفى ، 'فستا لها قلب وغطاء وقشرة.' تشكلت هذه الميزات عندما انصهرت المواد التي تتكون منها فيستا ، وتمايزت واندمجت في جسم واحد يشبه الكوكب. نفس الشيء حدث مع الأرض. مثل فيستا ، تعرضت الأرض أيضًا لضربات من النيازك الدقيقة.
'إذا نقلت النيازك الدقيقة الجليدية الماء إلى النظام الشمسي الداخلي عندما كانت الأرض لا تزال تتشكل ، فقد تكون هذه إحدى الطرق التي انتهى بها الأمر إلى الأرض بما يكفي من الماء لدعم الحياة.'
كل هذه الأشياء مرتبطة بحدث من عام 1942. في تلك السنة ، تم ربط نيزك كبويتا جاء إلى الأرض في السودان. كانت تلك هي الحرب العالمية الثانية ، ولحسن الحظ ، هبط النيزك على الطريق أمام قافلة للجيش البريطاني.
نيزك كابويتا هو ' هوارديت ه 'نيزك. هناك حوالي 200 منهم ، وقد تم تسميتهم على اسم إدوارد هوارد. كان هوارد كيميائيًا في المقام الأول (اخترع طريقة لتكرير السكر.) لكنه أيضًا كان مهتمًا جدًا بالنيازك وتركيباتها.
استعادة النيازك على الأرض ، بإذن من 4 فستا. هذه صور من دراسة منفصلة لفيستا. يظهر المجهر المستقطب معادن بألوان مختلفة. الائتمان: ناسا / جامعة تينيسي.
جاءت جميع نيازك هواردايت من فيستا ، على الرغم من أننا لم نكن نعرف ذلك حتى وصلت مركبة داون التابعة لوكالة ناسا إلى الكوكب الصغير في عام 2011. كشفت تلك الزيارة عن الصلة بين فيستا ونيازك هوارديت ، بالإضافة إلى عائلتين أخريين من النيازك.
نظر فريق الباحثين وراء هذه الدراسة الجديدة في عينة من نيزك Kapoeta. وجدوا شوائب صغيرة مظلمة تبدو في غير محلها. قال ليو: 'تبدو مختلفة تمامًا عن المواد المحيطة'. حدد الفريق الشوائب الصغيرة على أنها نيازك دقيقة ، أصغر من سماكة شعرة الإنسان.
ثم وضعوا آلة NanoSIMS في جامعتهم في العمل.
NanoSIMS تعني مطياف الكتلة الأيونية الثانوية النانوية . يستخدم NanoSIMS مسدسًا أيونيًا لإنشاء حزمة من الأيونات. هذه الحزمة موجهة إلى عينة ، في هذه الحالة عينة من نيزك Kapoeta. تخلق الحزمة الأيونية تصادمات ذرية ، وتنتج بعض هذه التصادمات جسيمات أيونية ثانوية. أولئك الأيونات الثانوية ثم يتم تغذيتها من خلال مطياف الكتلة ، الذي يحدد الأيونات. اعتبارًا من عام 2018 ، كان هناك ما يزيد قليلاً عن 40 من هذه الآلات في العالم.
رسم تخطيطي مبسط لجهاز NanoSims50. حقوق الصورة: بقلم إيدن كامب - العمل الخاص ، CC BY-SA 4.0 ، https://commons.wikimedia.org/w/index.php؟
تمحور مقياس الطيف حول 14 عينة صغيرة من نيزك Kapoeta ، تسمى الشوائب الصغيرة الانقسامات . كانوا جميعًا من حافة واحدة لجزء رفيع من العينة. عندما قاموا بتحليلها ، وجدوا أن 2 من الـ 14 تحتوي على أكسيد الحديد الأسود دفعات ، بين النيزك المضيف والكتل الكربونية. التمزق هو فراغ ذو شكل ، ويشير وجودها إلى 'تغيير مائي يحدث في فيستا نتيجة لذوبان الجليد المغمور في فتحات C' ، كما كتب المؤلفون في ورقتهم.
كشف مقياس الطيف NanoSIM عن نسبة مختلفة من النظائر عما كان متوقعًا في الصدوع ، وأظهر أن بعض ما رأوه كان مادة ما قبل الطاقة الشمسية ، وهي مادة كانت موجودة قبل فترة طويلة من وجود نظامنا الشمسي. وجدوا حبتين من السيليكات ما قبل الطاقة الشمسية ، وأربع حبيبات كربيد السيليكون قبل الطاقة الشمسية.
صورة مجهرية لعينة كبويتا. يتم تمييز أحد الكتل ، أو الشوائب ، باللون الأحمر. من الواضح أنها تبدو مختلفة عن بقية العينة. قال المؤلف الرئيسي ليو: 'تبدو مختلفة تمامًا عن المواد المحيطة'. حقوق الصورة: Ogliore Lab
لقد كتبوا: 'وبالتالي ، فإن أخذ جزأين من الأدلة معًا يعني أن الصدوع من هذه الدراسة مأخوذة من جسم رئيسي يحمل الجليد ، إما كويكب جليدي أو مذنب ، نشأ من النظام الشمسي الخارجي.'
يعتقد الفريق أن هذه الحبيبات النيزكية الدقيقة وصلت إلى فيستا ، أو إلى قطع الصخور التي أصبحت فستا ، في وقت ما بعد قصف ثقيل متأخر .
أسئلة كثيرة حول القصف الثقيل المتأخر. إنها مجرد فرضية في هذه المرحلة ، ولكن هناك الكثير من الأدلة. حقوق الصورة: معهد ساوث ويست للأبحاث
هناك جانب مائي مثير جدًا لهذا العمل. وجد الفريق 'المعادن والقوام التي ارتبطت بالتفاعلات بين الصخور والمياه من الجليد الذائب'. يقودهم إلى مسألة مياه الأرض ومصدرها.
قال فاشير: 'نحن بحاجة إلى آلية لجلب الجليد من النظام الشمسي الخارجي ، حيث تكون درجة الحرارة منخفضة'. كان النظام الشمسي الداخلي شديد السخونة بحيث يتعذر تكوين الماء ، لذلك كان لا بد من نقله من المناطق الأكثر برودة في النظام الشمسي الخارجي. 'يُظهر هذا البحث أنه يمكنك نقل النيازك الدقيقة الصغيرة التي تحتوي على الجليد إلى أجسام جافة تكونت بدون ماء.'
مشكلة دراسة الأرض القديمة هي مستوى نشاط الكوكب. لقد محى التآكل والصفائح التكتونية الأدلة القديمة. لذا فإن الروابط بين Vesta و Kapoete والأيونات قد تساعد في تفسير كيفية حصول الأرض على مياهها. قال ريان أوجليور ، الأستاذ المساعد للفيزياء والمؤلف المشارك لـ ورق.
انقر على هذه الصورة لزيارة صورة زوومابلي لعينات من الدراسة. حقوق الصورة: Ogliore Lab
وإذا حدث ذلك في نظامنا الشمسي ، فقد يحدث في أنظمة أخرى. وأضاف أوجليور: 'ربما تكون الكواكب الصالحة للسكن حول النجوم الأخرى قد اكتسبت مياهها بوسائل مماثلة'.
لا يزال هناك الكثير من الأسئلة بالطبع ، وهذه الدراسة قد تكون البداية فقط.
قال أوجليور: 'ستقيد قياساتنا التالية وقت تسليم هذه المادة الرطبة إلى فيستا ، ومن أين أتت: كويكب جليدي أو مذنب أو مصدر غريب آخر'.