На краю Солнечной системы обнаружили следы первичной воды

Откуда взялась эта пыль

Песчинки размером от 10 до 30 микрометров собрали из стратосферы самолеты NASA, которые летают на большой высоте. Исследование возглавил планетолог Линдси Келлер из Космического центра имени Джонсона NASA. О результатах пишет ScienceAlert.

Пояс Койпера находится за орбитой Нептуна примерно в 30 астрономических единицах от Солнца, то есть в два раза по пятнадцать расстояний от Земли до нашей звезды. Туда почти не летали земные аппараты: полет длится годами, а посадка зонда или сбор образцов для доставки на Землю слишком сложны и дороги.

Однако обломки льда и породы из этого пояса считаются одними из наименее измененных остатков ранней Солнечной системы, сформировавшейся из пыли и газа около 4,5 миллиарда лет назад. К счастью, не все остается на месте. На Землю ежегодно оседает примерно 5200 метрических тонн космической пыли, и часть ее преодолевает невероятное расстояние.

Как понять, что пылинка прилетела из-за Нептуна

Ученые изучают следы путешествия. В межпланетном пространстве нет атмосферы, которая защищала бы от излучения Солнца. Энергичные частицы Солнца проходят сквозь пылинку и сдвигают атомы в кристаллической решетке, оставляя характерные следы. Чем их больше, тем дольше зерно дрейфовало в космосе. Это надежный метод, поскольку пыль, вращающаяся вокруг Солнца, подвергается эффекту Пойнтинга–Робертсона: небольшое торможение светом постепенно заставляет ее по спирали приближаться к звезде.

Плотность следов в найденных зернах примерно в 100 раз превышала ожидаемую для пыли из пояса астероидов или из комет семейства Юпитера. Это соответствует происхождению из гораздо более отдаленных районов, вплоть до пояса Койпера. Еще одна подсказка – состав: зерна оказались чрезвычайно богатыми углеродом – примерно в четыре раза богаче, чем в некоторых углеродистых метеоритах.

Многие зерна содержали глинистые минералы, в частности сапонит и серпентин, а также другие гидратированные минералы. Они образуются, когда вода вступает в химическую реакцию с другими минералами. Следовательно, когда-то внутри тел, из которых происходит эта пыль, существовала жидкая вода. В настоящее время пояс Койпера заморожен, но радиоактивный распад или тепло от столкновений могли нагреть недра некоторых ледяных объектов настолько, что вода на некоторое время растаяла и вступила в реакцию с породой.

Самой воды давно нет, однако минералы сохранили часть кислорода из ее молекул. Кислород имеет несколько изотопов, отличающихся количеством нейтронов. Наиболее распространенный – кислород-16, но существуют и более тяжелые стабильные изотопы: кислород-17 и кислород-18. Соотношение изотопов зависит от того, где и как образовался материал, поэтому оно служит своего рода химическим отпечатком. В зернах ученые обнаружили необычное обогащение более тяжелыми изотопами. Воссоздав химические реакции, приведшие к образованию минералов, исследователи оценили состав воды, которая их сформировала. Она должна была быть чрезвычайно богатой тяжелыми изотопами кислорода, а ее "подпись" заметно отличалась от воды, извлеченной из углеродистых метеоритов.

По словам авторов, это "убедительное доказательство наличия большого резервуара тяжелой воды за орбитами газовых планет-гигантов, который в значительной степени был изолирован от материалов внутренней части Солнечной системы".

Кто мог сохранить этот резервуар

У исследователей есть предположение: главную роль, вероятно, сыграли планеты-гиганты. Модели ранней Солнечной системы свидетельствуют, что Сатурн мог создать "горб давления" в диске из газа и пыли вокруг молодого Солнца. Он замедлял или даже останавливал движение материала внутрь системы. Вместе с ледяными гигантами Сатурн, вероятно, помог сохранить воду с особым изотопным составом.

Ученые давно подозревали о существовании такого резервуара, но найти доказательства было крайне сложно. Большинство метеоритов, доступных для изучения, происходят из районов, где интенсивное перемешивание и химические изменения стерли первоначальные изотопные следы.