U zrncima prašine s ruba Sunčevog sistema pronađeni tragovi praiskonske vode

Iako je većina Zemljine površine prekrivena tekućom vodom, to je zanemariv dio ukupne količine vode u Sunčevom sistemu — velik dio nje smrznut je u mjesecima divovskih planeta. Spoljašnji Sunčev sistem je još ledeniji: daleko od Sunčeve toplote, procijenjeni milioni ledenih tijela koji čine Kuiperov pojas iza Neptuna vjerovatno sadrže ogromne količine vode. Novo istraživanje, koje je vodio planetarni naučnik Lindsay Keller iz NASA-inog Johnson Space Centera, donosi dokaze da je barem dio te daleke vode drugačiji od vode na Zemlji: nosi potpis praiskonske hemije.

Kako je prašina s ruba sistema stigla do Zemlje

Do Kuiperovog pojasa, koji se prostire oko 30 astronomskih jedinica od Sunca — 30 puta dalje od udaljenosti Zemlja–Sunce — nemoguće je poslati sondu po uzorke, pa su naučnici koristili ono što je svemir sam dostavio. Sunčev sistem ispunjen je kosmičkom prašinom, od koje na Zemlju svake godine, prema procjenama, padne oko 5.200 tona.

Keller i njegove kolege izdvojili su 12 zrnaca prašine, veličine od 10 do 30 mikrometara, iz materijala koje su NASA-ini avioni prikupili tokom letova u stratosferi. Ključno pitanje bilo je kako potvrditi da zrnca zaista potječu tako izdaleka.

Odgovor leži u oštećenjima nastalim tokom putovanja. Solarna energijska čestice, kojima u međuplanetarnom prostoru nema atmosfere da ih zaustavi, ostavljaju tragove u kristalnoj rešetki minerala — što duže zrno putuje, to više tragova nosi. Pod utjecajem Poynting–Robertsonovog efekta, blagog kočenja pod utjecajem sunčeve svjetlosti, zrnca postepeno gube energiju i spiralno se približavaju Suncu, pa se brojanjem tragova može procijeniti porijeklo prašine. Zrnca koja je analizirao Kellerov tim imala su gustoću tragova oko 100 puta veću od očekivane za prašinu iz asteroidnog pojasa ili kometa Jupiterove porodice — što ukazuje na porijeklo iz udaljenosti Kuiperovog pojasa.

Tragovi tekuće vode iz duboke prošlosti

Sastav zrnaca dao je dodatne dokaze. Bila su neobično bogata ugljenikom — oko četiri puta više od nekih ugljeničnih meteorita — što sugerira da su nastala u drugačijim uslovima, daleko od Sunca. Mnoga zrnca sadržavala su glinene minerale poput saponita i serpentina, te druge hidratisane minerale koji nastaju hemijskom reakcijom vode s drugim mineralima.

To znači da je tekuća voda u dalekoj prošlosti morala postojati unutar matičnih tijela iz kojih je prašina nastala. Iako je Kuiperov pojas danas smrznut, radioaktivni raspad ili toplina nastala sudarima mogli su nekada zagrijati unutrašnjost nekih njegovih ledenih tijela dovoljno da rastope vodu, omogućivši joj da reaguje s okolnom stijenom. Ta voda je odavno nestala, ali su minerali u 12 zrnaca zadržali dio kiseonika koji je nekad bio dio njenih molekula.

Ključni dokaz pružila je izotopska analiza kiseonika. Kiseonik postoji u nekoliko varijanti, izotopa, koje se razlikuju po broju neutrona u jezgri. Daleko najčešći je kiseonik-16, sa osam protona i osam neutrona, ali postoje i dva teža stabilna izotopa: kiseonik-17, sa osam protona i devet neutrona, i kiseonik-18, sa osam protona i deset neutrona. Relativni omjeri ovih izotopa variraju ovisno o tome gdje je i kako materijal nastao, ostavljajući svojevrsni hemijski otisak njegove historije.

Mjereći izotope kiseonika u zrncima prašine, Keller i njegove kolege otkrili su neobično obogaćenje težim varijantama. Rekonstruišući hemijske reakcije koje su oblikovale hidratisane minerale, istraživači su procijenili izotopski sastav vode od koje su ti minerali nastali. Minerali su naslijedili teže izotope kiseonika iz vode koja je njima morala biti neobično bogata — čime je sačuvan potpis drevnog rezervoara koji je postojao u spoljašnjem Sunčevom sistemu, a koji je, za razliku od vode iz ugljeničnih meteorita, zaseban izotopski potpis — što upućuje na to da su Saturn, kao neka vrsta "golmana" ili pritisne barijere, i ledeni divovi očuvali taj izolovani rezervoar vode od miješanja s materijalom unutrašnjeg Sunčevog sistema.

Keller i njegov tim to u studiji opisuju kao uvjerljiv dokaz o postojanju velikog rezervoara „teške" vode iza orbita gasovitih divova, koji je u velikoj mjeri ostao izolovan od materijala unutrašnjeg Sunčevog sistema.

Kuiperov pojas se smatra jednim od najneizmijenjenijih ostataka ranog Sunčevog sistema, koji se formirao prije oko 4,5 milijarde godina.