На краю Сонячної системи знайшли сліди первісної води

Звідки взявся цей пил

Піщинки розміром від 10 до 30 мікрометрів зібрали зі стратосфери літаки NASA, що літають на великій висоті. Дослідження очолив планетолог Ліндсі Келлер із Космічного центру імені Джонсона NASA. Про результати пише ScienceAlert.

Пояс Койпера лежить за орбітою Нептуна приблизно за 30 астрономічних одиниць від Сонця, тобто вдвічі по п'ятнадцять відстаней від Землі до нашої зорі. Туди майже не літали земні апарати: політ триває роки, а посадка зонда чи збір зразків для доставки на Землю надто складні й дорогі.

Проте уламки льоду й породи з цього поясу вважають одними з найменш змінених решток ранньої Сонячної системи, яка сформувалася з пилу й газу близько 4,5 мільярда років тому. На щастя, не все залишається на місці. На Землю щороку осідає приблизно 5200 метричних тонн космічного пилу, і частина його долає неймовірну відстань.

Як зрозуміти, що пилинка прилетіла з-за Нептуна

Вчені дивляться на сліди подорожі. У міжпланетному просторі немає атмосфери, що захищала б від випромінювання Сонця. Енергійні частинки світила проходять крізь порошинку й зсувають атоми в кристалічних ґратках, залишаючи характерні сліди. Чим їх більше, тим довше зерно дрейфувало в космосі. Це надійний метод, бо пил, що обертається навколо Сонця, зазнає ефекту Пойнтінга – Робертсона: невелике гальмування світлом поступово змушує його спіраллю наближатися до зорі.

Щільність слідів у знайдених зернах приблизно у 100 разів перевищувала очікувану для пилу з поясу астероїдів чи з комет родини Юпітера. Це відповідає походженню з набагато віддаленіших районів, аж до поясу Койпера. Інша підказка – склад: зерна виявилися надзвичайно багатими на вуглець, приблизно вчетверо більше, ніж у деяких вуглецевих метеоритах.

Багато зерен містили глинисті мінерали, зокрема сапоніт і серпентин, а також інші гідратовані мінерали. Вони утворюються, коли вода хімічно реагує з іншими мінералами. Отже, колись усередині тіл, з яких походить цей пил, існувала рідка вода. Нині пояс Койпера замерзлий, але радіоактивний розпад або тепло від зіткнень могли розігріти надра деяких крижаних об'єктів настільки, щоб вода на певний час розтанула й вступила в реакцію з породою.

Самої води давно немає, проте мінерали зберегли частину кисню з її молекул. Кисень має кілька ізотопів, що відрізняються кількістю нейтронів. Найпоширеніший – кисень-16, але існують і важчі стабільні кисень-17 та кисень-18. Співвідношення ізотопів залежить від того, де й як утворився матеріал, тож воно працює як хімічний відбиток. У зернах науковці виявили незвичне збагачення важчими ізотопами. Відтворивши хімічні реакції, що створили мінерали, дослідники оцінили склад води, яка їх сформувала. Вона мала бути надзвичайно багатою на важкі ізотопи кисню, а її підпис помітно відрізнявся від води, яку виводять із вуглецевих метеоритів.

За словами авторів, це "переконливий доказ наявності великого резервуара важкої води за орбітами газових планет-гігантів, який значною мірою був ізольований від матеріалів внутрішньої частини Сонячної системи".

Хто міг зберегти цей резервуар

Дослідники мають припущення: головну роль, імовірно, відіграли планети-гіганти. Моделі ранньої Сонячної системи свідчать, що Сатурн міг створити "горб тиску" в диску з газу й пилу навколо молодого Сонця. Він сповільнював або й зупиняв рух матеріалу всередину системи. Разом з крижаними гігантами Сатурн, імовірно, допоміг зберегти воду з окремим ізотопним складом.

Вчені давно підозрювали існування такого резервуара, але знайти докази було вкрай складно. Більшість метеоритів, доступних для вивчення, походять із районів, де інтенсивне перемішування та хімічні зміни стерли первісні ізотопні підписи.