Habayusa2-missio toi Maahan asteroidi Ryugulta peräisin olevaa pölyä vuonna 2020. Nämä muutamat gramman näytteet, jotka on jaettu eri tutkimusryhmille ympäri maailmaa, antavat vihjeitä veden alkuperästä sinisellä planeetallamme.
Aurinkokunnan planeetoista Maa on ainoa, jolla on suuria nestemäisiä vesialueita pinnallaan. Meret kattavat lähes 70 % sen pinta-alasta ja ovat mahdollistaneet elämän syntymisen ja kehittymisen. Mutta mistä kaikki tämä vesi oikein tulee? Ja mitkä ovat merien muodostumisen prosessit?
Aurinkokunta syntyi noin 4,57 miljardia vuotta sitten pyörivästä kaasusta ja pölystä, joka kierteli nuoren Auringon ympärillä. Ajan myötä, painovoiman ja monien törmäysten vaikutuksesta, tämä materiaali alkoi vähitellen kasaantua muodostaen planeettoja... mukaan lukien Maan.
Useita skenaarioita, jotka eivät ole toisiaan vastaan, vaan täydentävät toisiaan, esitetään veden alkuperän selittämiseksi tulevalla sinisellä planeetalla.
Yksi niistä ehdottaa, että vesi olisi ollut läsnä itse protoplaneettidiskin materiaalissa, joka on kasaantunut muodostamaan planeettamme. Tällöin vesi olisi voinut olla vangittuna pieninä nestemäisinä inkluusioina mineraaleissa tai olla jopa osana näiden mineraalien rakennetta, suhteellisen tasaisesti laimennettuna.
Hayabusa2:n manööveri asteroidi Ryugun pinnalla. Heikot painovoimat saavat sondin pomppimaan heti kosketuksen jälkeen asteroidin kanssa. Lähde: SciNews ja JAXA, Tokion yliopisto, Kochin yliopisto, Rikkyo-yliopisto, Nagoyan yliopisto, Chiban teknillinen instituutti, Meijin yliopisto, Aizun yliopisto, AIST.
Toinen hypoteesi väittää, että veden tuonti Maahan olisi tapahtunut myöhemmin, vesipitoisten komeettojen tai asteroidien kautta. Koska asteroidit ovat suhteellisen pieniä verrattuna planeettoihin, ne eivät ole kokeneet korkeita lämpötiloja, jotka olisivat voineet muuttaa niiden kemiaa. Tämän vuoksi ne ovat kehittyneet vain hyvin vähän niiden muodostumisen jälkeen, noin 4,57 miljardia vuotta sitten.
Asteroidit, aurinkokunnan syntymerkit
Kun kiviplaneetat muodostuivat lähellä Aurinkoa (0,4–1,5 astronomista yksikköä, yksi astronominen yksikkö vastaa Maapallon ja Auringon välistä etäisyyttä, noin 150 miljoonaa kilometriä), asteroidit ovat pääasiassa läsnä kauempana Auringosta, erityisesti "päävyöhykkeellä" (2–4,5 astronomista yksikköä).Nämä kylmemmät alueet ovat suotuisia vesijäiden ja silikaattipölyn kasaantumiselle, mikä synnyttää asteroideja. Muodostumisensa jälkeen jotkut asteroidit siirtyvät aurinkokunnassa kohti Auringon läheisempiä ratoja, jotka ovat samankaltaisia kuin Maan rata: nämä ovat geokrossaavat asteroidit. Näistä yksi, hiili-asteroidi Ryugu (halkaisijaltaan 1 kilometri), oli Hayabusa2-avaruusmissiomme tutkimuskohteena, jota johti Japanin avaruusjärjestö (JAXA) vuosina 2014–2020.
Sonda tutki ensin Ryugua läheltä ja keräsi siitä näytteitä vaikuttavassa manööverissä ennen kuin se suuntasi takaisin Maahan. Näin ollen 6. joulukuuta 2020 muutama gramma pölyä (5,4 grammaa) tästä asteroidista laskeutui Australiaan kapselissa, ja ilolla vastaanotimme Lillen yliopistossa pienen osan tästä aarteesta: muutamia hiukkasia, jotka ovat tuskin näkyvissä paljaalla silmällä, mutta saattavat sisältää vastauksia, jotka auttavat ymmärtämään merien muodostumista Maassa.
Havainnot nanometrin mittakaavassa elektronimikroskoopilla
Tutkimustyömme koostuu tämän taivaallisen aineen purkamisesta atomitasolle asti, etsimällä pienintäkin vihjettä! Käytämme tämän mittakaavan tutkimiseen elektronimikroskooppia. Se lähettää elektronisuihkun, joka kulkee näytteen läpi.Kerätty signaali, joka syntyy tämän aineen ja elektronisuihkun vuorovaikutuksesta, antaa meille rakenteellista ja kemiallista tietoa sen mineraalikoostumuksesta. Tämä tekniikka mahdollistaa yksityiskohtien tarkastelun jopa nanometrin tasolla, mikä vastaa hiuksen paksuuden jakamista 100 000:lla.
Ryugun "piilotettu" vesi
Asteroidin Ryugu näytteet paljastavat, että ne ovat suhteellisen kuivia, eli niissä on vain hyvin vähän vesimolekyylejä H2O. Sen sijaan nämä näytteet koostuvat pääasiassa magnesium- ja rautarikkaista savista: ne muodostavat yli 70 % asteroidin tilavuudesta.Nämä savet ovat mineraaleja, joiden mikroskooppinen rakenne koostuu kerrosten pinnoittamisesta (jotka voivat mahdollisesti sisältää vesimolekyylejä), ja niitä kutsutaan "fyylosilikaateiksi". Niissä on runsaasti hydroksyyliryhmiä (-OH), jotka ovat olennaisesti niiden kristallirakenteen rakennuspalikoita. Nämä koostuvat hapesta ja vedystä, eli samoista atomeista, jotka muodostavat vesimolekyylit.
Yksi syy fyylosilikaattien esiintymiseen pienissä asteroideissa juontaa juurensa aurinkokunnan alkuvaiheisiin. Kun aurinkokunta muodostui noin 4,57 miljardia vuotta sitten, pölyt ja jäät kasaantuivat vähitellen muodostaen planeettoja, asteroideja ja muita taivaankappaleita (komeettoja...).
Pienillä asteroideilla, kuten Ryugulla, anhydriittisilikaateista (ilman vettä) koostuvat pölyt elävät yhdessä vesijäiden kanssa. Pian asteroidin muodostumisen jälkeen se lämpenee radioaktiivisten elementtien spontaanin hajoamisen seurauksena, mikä sulattaa tämän vesijään. Tämän jälkeen seuraa "vesialteraatiojakso", jossa tämä vesi reagoi ympäröivien silikaattien kanssa muodostaen fyylosilikaatteja, joita nykyään havaitaan Ryugussa.
Maan muodostumisen aikana ja pian sen jälkeen massiiviset asteroidit, kuten Ryugu, ovat voineet tuoda runsaasti fyylosilikaatteja Maahan. Korkean lämpötilan tapahtumien seurauksena Maassa hydroksyyliryhmät (-OH) olisivat voineet irrota savien mineraalirakenteesta muodostaen vesimolekyylejä:
Intensiiviset asteroidihyökkäykset, kuten Ryugun, joita Maa koki nuorena, olisivat näin ollen merkittävästi vaikuttaneet merien asteittaiseen muodostumiseen.
Vettä... mutta ei vain!
Asteroidi Ryugu koostuu siis yli 70 % fyylosilikaateista, mutta se sisältää myös muutaman prosentin orgaanista ainetta (noin 5–7 % massasta).Tämä aine, joka koostuu hiilestä, vedystä, hapesta ja typestä, sisältää elämän kehitykselle Maassa elintärkeitä molekyylejä: aminohappoja. Nämä lyhyet molekyylit ovat rakennuspalikoita, jotka osallistuvat proteiinien rakenteeseen. Vaikka niitä on vain pieni osuus Ryugussa, aminohappojen esiintyminen viittaa siihen, että hiili-asteroidit ovat voineet tuoda elämän kehittymiseen tarvittavat ainesosat Maahan noin 3,8 miljardia vuotta sitten.