|
Часть воды на Земле образовалась из солнечного ветра
|
|
|
|
Источник воды на Земле - это вечная загадка, которая распространяется на экзопланеты и их обитаемость. В общих чертах, вода на Земле была либо частью планеты с самого начала ее формирования в солнечной туманности, либо была доставлена позже, возможно, астероидами и кометами. Новое исследование предполагает, что неустанный солнечный ветер мог сыграть свою роль.
|
|
|
|
Ученые упорно трудились, чтобы понять, откуда на Земле столько живительной воды. Существует множество исследований, подтверждающих версию о том, что на Землю попали астероиды и кометы. Есть также свидетельства того, что она накапливала воду по мере роста. Во время своей фазы аккреции он, возможно, поглотил богатые водой планетезимали.
|
|
|
|
Чтобы попытаться понять, как земная вода вписывается в историю планеты и Солнечной системы, исследователи изучают соотношение изотопов на Земле и в метеоритах. Изотопный состав земной воды больше всего похож на состав примитивных метеоритов. С другой стороны, она отличается от таковой у комет и газа туманностей.
|
|
|
|
Это означает, что вода на Земле образовалась из того же космохимического резервуара, который также является источником примитивных метеоритов.
|
|
|
|
|
|
|
Это сложный вопрос. Возможно, у воды на Земле есть несколько источников. Возможно, часть ее была создана в космосе задолго до того, как Земля и остальная Солнечная система сформировались, а затем доставлена на Землю.
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, посвящено изучению того, как солнечный ветер может образовывать воду, ударяясь о поверхности, содержащую кислородсодержащие минералы. Оно называется "Вклад звездного ветра в происхождение воды на поверхности кислородсодержащих минералов". Ведущим автором является Сватолпук Чивиш из Института физической химии им. Й. Хейровского Чешской академии наук в Праге.
|
|
|
|
Солнечный ветер — это постоянный поток заряженных частиц, в основном протонов и электронов, которые приходят с Солнца. Ионы H+, которые являются просто протонами, являются наиболее распространенными частицами в солнечном ветре. Они вносят большой вклад в свойства солнечного ветра. Может ли ветер спровоцировать образование молекул воды?
|
|
|
|
Чтобы выяснить это, исследователи провели лабораторные эксперименты. Они протестировали 14 кислородсодержащих минералов. "Чтобы исследовать процесс образования воды на поверхности оксидных материалов и ее содержание, мы использовали метод бомбардировки поверхности атомами и ионами водорода или дейтерия", - пишут авторы в своей статье.
|
|
|
|
Эксперименты состояли из двух этапов: на первом проверялось, будут ли минералы выделять воду под воздействием солнечного ветра, а на втором - их адсорбционная способность. Отдельно от абсорбции, адсорбция - это адгезия образца к поверхности.
|
|
|
|
Команда ученых добыла воду, а затем измерила ее содержание, используя два метода: эксперимент с микроволновым разрядом (МВТ) и облучение распылительной пушкой. Они проверили результаты с помощью спектрометрического анализа, называемого инфракрасной спектрометрией с преобразованием Фурье (FTIR), и анализа десорбции с программируемой температурой (TPD).
|
|
|
|
"Оба этих эксперимента включали в себя бомбардировку образца минерала ионами водорода/дейтерия, которые, помимо прочих возможностей, вступают в реакцию с поверхностным кислородом в решетке минерала и образуют молекулы воды", - пишут авторы.
|
|
|
|
Образцы оксидных материалов подвергались воздействию не только сильного потока H, H+ и молекулярного водорода, имитирующего солнечный ветер. Они также подвергались воздействию интенсивного видимого и ультрафиолетового излучения, генерируемого при разряде водорода.
|
|
|
|
"Облучение скалистых кислородсодержащих минералов звездным ветром приводит к реакции между ионами H+ и силикатными минералами с образованием воды и OH, что может объяснить присутствие воды в реголитах безвоздушных миров, таких как Луна, а также обилие воды в астероидах", - пишут авторы.
|
|
|
|
Предыдущими исследованиями было установлено, что при воздействии солнечного ветра на скальные породы происходит химическая реакция между ионами водорода и силикатными минералами. Некоторые исследователи наблюдали образование ОН (гидроксида) и воды, в то время как другие обнаружили только ОН. Это исследование идет дальше, проверяя материалы горных пород на адсорбцию воды.
|
|
|
|
Исследователи проверили способность образцов адсорбировать воду. Затем они подсчитали, сколько материала потребуется, чтобы достичь Земли, чтобы учесть количество воды на современной Земле.
|
|
|
|
"Помимо материала, полученного Землей во время аккреции, вода могла образовываться солнечным ветром и поступать на Землю даже во время постаккреционной бомбардировки", - пишут авторы. Здесь они ссылаются на гипотетическую позднюю тяжелую бомбардировку.
|
|
|
|
Предыдущие исследования показали, что "столкновение с астероидами и кометами во время классической поздней тяжелой бомбардировки привело бы к выбросу около 1020 кг материала", - пишут авторы. "Если поверхность этого материала, состоящего из одного из наших минералов, была полностью пропитана адсорбированной водой, наши расчеты показывают, что туда мог попасть по крайней мере один океанский эквивалент воды".
|
|
|
|
Результаты этих тестов и способность солнечного ветра создавать воду не вызывают особых сомнений.
|
|
|
|
"Результаты экспериментов, обобщенных в этой работе, сосредоточенных на бомбардировке поверхности атомами водорода, четко подтверждают теорию взаимодействия возбужденных атомов и ионов ридберга водорода или дейтерия с поверхностными кислородами оксидных минералов", - поясняют авторы. "Наши эксперименты пытаются объяснить происхождение воды в областях, содержащих кислород твердых материалов (например, пыли, метеороидов, астероидов, комет), подвергшихся воздействию потока заряженных частиц вблизи родительской звезды".
|
|
|
|
Атмосфера и магнитосфера Земли защищают ее от солнечного ветра, поэтому ветер никак не мог создать воду прямо на поверхности Земли. Однако, как показывает исследование, ветер может создавать воду на поверхности других тел, таких как астероиды, и вода может адсорбироваться и удерживаться в твердом состоянии, а затем доставляться на Землю в результате столкновений.
|
|
|
|
"Этот сценарий также применим к происхождению воды на Земле", - пишут авторы. "Благодаря этому эффекту молекула воды может адсорбироваться на поверхности кислородсодержащих частиц и затем транспортироваться на большие расстояния и во времени", - пишут исследователи.
|
|
|
|
Это исследование не станет завершением продолжающихся усилий по объяснению наличия воды на Земле. Увлекательным окольным путем это исследование возвращает нас к астероидам и метеоритам, доставляющим воду на Землю. Если это может произойти здесь, то это может произойти и на экзопланетах в других частях галактики.
|
|
|
|
Источник
|
