EARTH— den typiske blå planeten — har ikke alltid vært dekket av vann. For rundt 4,6 milliarder år siden, i solsystemets første år, betydde den energiske unge solens stråling at sonen umiddelbart rundt den var varm og tørr. Jorden, som deretter smeltet sammen fra støv og gass i denne regionen, begynte dermed som en uttørket stein. Hvordan den senere skaffet seg havene har lenge forvirret planetariske forskere.
En mulig kilde til jordens vann er karbonholdig (C-type) asteroider, den vanligste varianten. Men det kan ikke være den eneste kilden, fordi vann i biter av disse som har landet som meteoritter ikke samsvarer med det isotopiske fingeravtrykket til terrestrisk vann. Dette fingeravtrykket er forholdet mellom normalt vann (H2O, laget av hydrogen og oksygen) til tungtvann (D2O og HDO, som begge inkluderer deuterium, en isotop av hydrogen som har et nøytron i kjernen sammen med protonet som er karakteristisk for hvert hydrogenatom). Vann fra CAsteroider av typen har mer deuterium enn terrestrisk vann.
En annen mulighet er kometer, som i utgangspunktet er skitne snøballer som kommer fra det ytre solsystemet. En sperring av disse noen hundre millioner år etter jordens dannelse ville ha gjort jobben fint. Men prøver returnert fra kometer av romfartøy tyder på at deres isotopiske fingeravtrykk er enda mindre jordlignende enn det C-type asteroider. Så, som Luke Daly, en planetarisk geoforsker ved University of Glasgow i Storbritannia, sier: «Det betyr i bunn og grunn at vi trenger noe annet i solsystemet vårt, et annet vannreservoar for å være på den lettere siden for å balansere bøkene.»
I søket etter dette reservoaret studerte Dr Dalys team nylig korn av silikatstøv fra et annet prøve-retur-oppdrag, til en asteroide kalt Itokawa (bildet). Dette er en S-type (steinete) kropp, med en annen sammensetning enn den til C-typer. Kornene hadde blitt brakt tilbake Hayabusaet japansk håndverk, i 2011.
Korn av denne typen dannet seg samtidig med jorden, og brukte deretter de mellomliggende milliarder av år på å gå i bane rundt solen, av og til samlet seg til små steiner eller falt ned på overflaten til asteroider, som f.eks. Itokawa, for å lage en finkornet regolit. De fleste har imidlertid holdt seg frittflytende. Faktisk er de kollektivt synlige ved soloppgang og solnedgang, i klar, mørk himmel, som en svak glød kjent som Zodiacal-lyset.
Ved å bruke en teknikk kalt atom-sonde tomografi, var Dr Daly i stand til å undersøke sammensetningen av kornene i hans besittelse ett atom om gangen. Han fant, som han beskriver i denne ukens Natur astronomi, at de inneholdt en betydelig mengde vann like under overflatene deres. Det overrasket ham. Det som imidlertid var spennende, var oppdagelsen hans mangel på deuterium.
Dr. Daly regner med at dette vannets eksistens kan forklares ved forvitring av romstøvet over milliarder av år av solvinden, en strøm av ladede partikler – for det meste protoner – som strømmer ut i verdensrommet fra solen. Når de treffer en partikkel av romstøv, trenger disse protonene inn noen få nanometer under overflaten og endrer dens kjemiske sammensetning. Spesielt hvis et proton slår ut et av metallatomene i et silikats krystallgitter, vil det sannsynligvis binde seg til et tilstøtende oksygenatom for å danne et hydroksidion (OH)–). Legg til et andre proton, muligens milliarder av år senere, og du har deuteriumfritt vann. Resultatet, i disse prøvene, var i det minste tilsvarende 20 liter vann for hver kubikkmeter stein.
Dr Daly gjør summene, tror omtrent halvparten av jordens vann kommer fra C-type asteroider, med en blanding av kometer. Resten, som fortynner deuteriumet i dette, er et resultat av korn av forvitret romstøv som faller gjennom jordens atmosfære gjennom planetens historie, brenner opp mens de gjorde det og frigjør deres mikroskopiske vandige nyttelast til å regne ned, bokstavelig talt, på planetens overflate .
Dette funnet antyder dessuten også at vann kan samle seg hvor som helst i solsystemet som solvinden kan nå – for eksempel månens overflate, så vel som asteroider. Det er gode nyheter for romfarere. På slike steder kan det forvitrede støvet være en vannkilde for astronauter. ■
For å nyte mer av vår tankevekkende vitenskapelige dekning, registrer deg på Simply Science, vårt ukentlige nyhetsbrev.