In un nuovo articolo pubblicato oggi sulla rivista Natura Astronomia, un team di ricercatori del Regno Unito, dell'Australia e dell'America descrive come una nuova analisi di un antico asteroide suggerisce che i grani di polvere extraterrestre trasportassero acqua sulla Terra durante la formazione del pianeta.
L'acqua nei grani è stata prodotta da agenti atmosferici spaziali, un processo mediante il quale le particelle cariche del Sole note come vento solare hanno alterato la composizione chimica dei grani per produrre molecole d'acqua.
La scoperta potrebbe rispondere alla domanda di vecchia data su dove la Terra insolitamente ricca di acqua abbia ottenuto gli oceani che coprono il 70 percento della sua superficie, molto più di qualsiasi altro pianeta roccioso nel nostro Sistema Solare. Potrebbe anche aiutare le future missioni spaziali a trovare fonti d'acqua su mondi senz'aria.
Gli scienziati planetari si sono interrogati per decenni sull'origine degli oceani della Terra. Una teoria suggerisce che un tipo di roccia spaziale che trasporta acqua nota come asteroidi di tipo C potrebbe aver portato acqua al pianeta nelle fasi finali della sua formazione 4.6 miliardi di anni fa.
Per testare questa teoria, gli scienziati hanno precedentemente analizzato l'"impronta digitale" isotopica di pezzi di asteroidi di tipo C che sono caduti sulla Terra come meteoriti di condrite carboniosa ricchi di acqua. Se il rapporto tra idrogeno e deuterio nell'acqua del meteorite corrispondesse a quello dell'acqua terrestre, gli scienziati potrebbero concludere che la probabile fonte sono i meteoriti di tipo C.
I risultati non sono stati così netti. Mentre le impronte digitali di deuterio/idrogeno di alcuni meteoriti ricchi di acqua corrispondevano effettivamente all'acqua della Terra, molti non lo facevano. In media, le impronte liquide di questi meteoriti non si allineavano con l'acqua trovata nel mantello e negli oceani della Terra. Invece, la Terra ha un'impronta digitale isotopica diversa, leggermente più leggera.
In altre parole, mentre parte dell'acqua della Terra deve provenire da meteoriti di tipo C, la Terra in formazione deve aver ricevuto acqua da almeno un'altra fonte di luce isotopica che ha avuto origine da qualche altra parte nel Sistema Solare.
Il team guidato dall'Università di Glasgow ha utilizzato un processo analitico all'avanguardia chiamato tomografia a sonda atomica per esaminare campioni di un diverso tipo di roccia spaziale noto come asteroide di tipo S, che orbitano più vicino al sole rispetto ai tipi C. I campioni che hanno analizzato provenivano da un asteroide chiamato Itokawa, che sono stati raccolti dalla sonda spaziale giapponese Hayabusa e sono tornati sulla Terra nel 2010.
La tomografia con sonda atomica ha consentito al team di misurare la struttura atomica dei grani un atomo alla volta e di rilevare singole molecole d'acqua. Le loro scoperte dimostrano che una quantità significativa di acqua è stata prodotta appena sotto la superficie dei granelli di polvere di Itokawa dall'erosione spaziale.
Il primo sistema solare era un luogo molto polveroso, che forniva molte opportunità di produrre acqua sotto la superficie delle particelle di polvere trasportate dallo spazio. Questa polvere ricca di acqua, suggeriscono i ricercatori, sarebbe caduta sulla Terra primordiale insieme agli asteroidi di tipo C come parte della consegna degli oceani della Terra.
Il dottor Luke Daly, della School of Geographical and Earth Sciences dell'Università di Glasgow, è l'autore principale dell'articolo. Il dottor Daly ha dichiarato: “I venti solari sono flussi di ioni principalmente di idrogeno ed elio che fluiscono costantemente dal Sole nello spazio. Quando quegli ioni di idrogeno colpiscono una superficie senz'aria come un asteroide o una particella di polvere trasportata dallo spazio, penetrano a poche decine di nanometri sotto la superficie, dove possono influenzare la composizione chimica della roccia. Nel corso del tempo, l'effetto di 'erosione spaziale' degli ioni idrogeno può espellere abbastanza atomi di ossigeno dai materiali nella roccia per creare H2O – acqua – intrappolata all'interno di minerali sull'asteroide.
“Fondamentalmente, questa acqua derivata dal vento solare prodotta dal primo sistema solare è isotopicamente leggera. Ciò suggerisce fortemente che la polvere a grana fine, spinta dal vento solare e attirata nella Terra in formazione miliardi di anni fa, potrebbe essere la fonte del serbatoio mancante dell'acqua del pianeta".
Il prof. Phil Bland, un John Curtin Distinguished Professor presso la School of Earth and Planetary Sciences della Curtin University e coautore dell'articolo, ha dichiarato: "La tomografia a sonda atomica ci consente di dare uno sguardo incredibilmente dettagliato all'interno dei primi 50 nanometri circa della superficie. di granelli di polvere su Itokawa, che orbita intorno al sole in cicli di 18 mesi. Ci ha permesso di vedere che questo frammento di bordo esposto alle intemperie conteneva abbastanza acqua che, se lo aumentassimo, ammonterebbe a circa 20 litri per ogni metro cubo di roccia”.
La coautrice, la prof.ssa Michelle Thompson del Dipartimento di Scienze della Terra, dell'atmosfera e dei pianeti della Purdue University, ha aggiunto: “È il tipo di misurazione che semplicemente non sarebbe stato possibile senza questa straordinaria tecnologia. Ci dà una visione straordinaria di come minuscole particelle di polvere che galleggiano nello spazio potrebbero aiutarci a bilanciare i libri sulla composizione isotopica dell'acqua della Terra e darci nuovi indizi per aiutare a risolvere il mistero delle sue origini».
I ricercatori si sono presi molta cura di garantire che i risultati dei loro test fossero accurati, intraprendendo ulteriori esperimenti con altre fonti per verificare i loro risultati.
Il dottor Daly ha aggiunto: “Il sistema di tomografia a sonda atomica della Curtin University è di prim'ordine, ma non era mai stato utilizzato per il tipo di analisi dell'idrogeno che stavamo intraprendendo qui. Volevamo essere sicuri che i risultati che stavamo vedendo fossero accurati. Ho presentato i nostri risultati preliminari alla conferenza Lunar and Planetary Science nel 2018 e ho chiesto se i colleghi presenti ci avrebbero aiutato a convalidare i nostri risultati con i loro campioni. Con nostra grande gioia, i colleghi del Johnson Space Center della NASA e dell'Università delle Hawaii presso le università di Mānoa, Purdue, Virginia e Northern Arizona, i laboratori nazionali dell'Idaho e di Sandia si sono offerti di aiutare. Ci hanno fornito campioni di minerali simili irradiati con elio e deuterio invece che con idrogeno, e dai risultati delle sonde atomiche di quei materiali è diventato subito chiaro che ciò che stavamo vedendo a Itokawa era di origine extraterrestre.
“I colleghi che hanno offerto il loro supporto a questa ricerca rappresentano davvero un dream team per l'erosione spaziale, quindi siamo molto entusiasti delle prove che abbiamo raccolto. Potrebbe aprire la porta a una comprensione molto migliore di come appariva il primo sistema solare e di come si erano formati la Terra e i suoi oceani”.
Il professor John Bradley, dell'Università delle Hawaii a Mānoa, Honolulu, coautore dell'articolo, ha aggiunto: Di recente, dieci anni fa, l'idea che l'irraggiamento del vento solare sia rilevante per l'origine dell'acqua nel sistema solare , molto meno rilevante per gli oceani della Terra, sarebbe stato accolto con scetticismo. Mostrando per la prima volta che si produce acqua sul posto sulla superficie di un asteroide, il nostro studio si basa sull'accumulo di prove che l'interazione del vento solare con i granelli di polvere ricchi di ossigeno produce effettivamente acqua.
"Poiché la polvere che era abbondante in tutta la nebulosa solare prima dell'inizio dell'accrescimento planetesimale veniva inevitabilmente irradiata, l'acqua prodotta da questo meccanismo è direttamente rilevante per l'origine dell'acqua nei sistemi planetari e forse per la composizione isotopica degli oceani della Terra".
Le loro stime di quanta acqua potrebbe essere contenuta nelle superfici esposte alle intemperie suggeriscono anche un modo in cui i futuri esploratori spaziali potrebbero produrre riserve d'acqua anche sui pianeti più apparentemente aridi.
Il co-autore, il professor Hope Ishii dell'Università delle Hawaii a Mānoa, ha dichiarato: “Uno dei problemi della futura esplorazione umana dello spazio è come gli astronauti troveranno abbastanza acqua per mantenerli in vita e svolgere i loro compiti senza portarla con sé durante il viaggio. .
“Pensiamo che sia ragionevole presumere che lo stesso processo di alterazione spaziale che ha creato l'acqua su Itokawa si sia verificato in un modo o nell'altro su molti mondi senz'aria come la Luna o l'asteroide Vesta. Ciò potrebbe significare che gli esploratori spaziali potrebbero essere in grado di elaborare nuove riserve d'acqua direttamente dalla polvere sulla superficie del pianeta. È emozionante pensare che i processi che hanno formato i pianeti potrebbero aiutare a sostenere la vita umana mentre ci proteggiamo oltre la Terra».
Il dottor Daly ha aggiunto: “Il progetto Artemis della NASA si propone di stabilire una base permanente sulla Luna. Se la superficie lunare avesse un simile serbatoio d'acqua proveniente dal vento solare che questa ricerca ha scoperto su Itokawa, rappresenterebbe una risorsa enorme e preziosa per aiutare a raggiungere questo obiettivo».
Il documento del team, intitolato "Il contributo del vento solare agli oceani della Terra", è pubblicato in Astronomia della natura.
Ricercatori dell'Università di Glasgow, della Curtin University, dell'Università di Sydney, dell'Università di Oxford, dell'Università delle Hawaii a Mānoa, del Museo di Storia Naturale, dell'Idha National Laboratory, di Lockheed Martin, dei Sandia National Laboratories, del Johnson Space Center della NASA, l'Università della Virginia, la Northern Arizona University e la Purdue University hanno tutte contribuito al documento.
