Кометы, подобные комете Галлея, могли засеять Землю водой

Фото из открытых источников

Кометы подобны археологическим памятникам Солнечной системы. Они сформировались на ранних этапах, и их состав помогает нам понять, как выглядела область вокруг раннего Солнца, возможно, ещё до образования планет. В новой работе исследователей из различных американских и европейских институтов с помощью телескопа Atacama Large Millimeter Array (ALMA) были получены детальные пространственные спектральные изображения кометы 12P/Pons-Brooks, которая очень похожа на знаменитую комету Галлея и может содержать подсказки о происхождении воды на Земле.

Это может быть неочевидно с первого взгляда, но в океане Земли есть три типа воды. H₂O, то, что мы считаем обычной водой, является наиболее распространенным, но есть другой, менее распространенный тип, известный как полутяжелая вода. Полутяжелая вода заменяет один из атомов водорода в молекуле воды атомом дейтерия — по сути, «тяжелой» версией водорода с двумя нейтронами. Примерно одна из каждых 3200 молекул воды в океанах состоит из этой полутяжелой молекулы, что известно как отношение D/H. Еще более редкой является настоящая «тяжелая» вода, в которой оба атома водорода заменяются дейтерием, что происходит только в одной из каждых 41 миллиона молекул воды.

Соотношение обычной и полутяжёлой воды давно интересует астрономов, поскольку может служить доказательством происхождения этой воды. Никаких биологических или химических процессов, способных изменить это соотношение в глобальном масштабе, не существует, поэтому оно должно быть таким же, как и при первом попадании воды на Землю. Астрономы долго спорили о том, были ли кометы таким механизмом доставки, но до сих пор данные о том, было ли соотношение полутяжёлой и тяжёлой воды в самих кометах таким же, как на Земле, были неоднозначными.

Большинство комет, наблюдавшихся ранее, имели более высокие соотношения D/H в воде в коме, чем в океанах Земли, что ставит под сомнение их первоисточник. Однако в последнее время было обнаружено, что кометы из других «семейств», такие как кометы из облака Оорта и кометы семейства Юпитера, орбитальный путь которых отличается от орбитальных траекторий комет Галлея, таких как 12P/Понса-Брукса, имеют правильное соотношение D/H, что вновь привлекает внимание к этим межпланетным путешественникам как к потенциальному источнику земной воды.

Однако до сих пор никому не удавалось определить правильное соотношение D/H в комете типа Галлея. Это, пожалуй, самый важный вывод новой статьи: ALMA наблюдала за комой 12P/Pons-Brooks в апреле и мае 2024 года, в течение одного непрерывного недельного периода наблюдений собирая данные о полутяжёлой воде в ней и в течение одного дня регистрируя гораздо более сильный спектрографический сигнал обычной воды.

Чтобы согласовать эти два периода наблюдений и любые изменения, которые могли произойти между ними, исследователи использовали модель переноса излучения, основанную на метаноле, другом распространённом кометном газе, в качестве показателя потенциальной изменчивости скорости образования воды. Для доказательства этого тезиса исследователи также использовали данные инфракрасного телескопа НАСА, чтобы доказать неизменность скорости образования как метанола, так и воды. Важно отметить, что это доказало, что как вода, так и полутяжёлая вода в коме образовывались путём сублимации из ядра, а не в результате химических реакций в самой коме.

Одной из дополнительных особенностей данных ALMA было их пространственное разрешение, и это был первый случай, когда пространственные данные этих отношений были получены для кометы типа Галлея. Хотя это конкретное открытие не оказало существенного влияния на общее отношение D/H, оно может быть полезно для будущих исследований физики комет. Его также можно объединить с пространственными данными по другим типам комет, которые намекают на интересную теорию: несмотря на наши разные обозначения для них, все они могли изначально произойти из одного и того же места. Отношения достаточно похожи, чтобы исследователи предположили, что кометы могли развиться в пределах 10 а.е. друг от друга в ранней Солнечной системе, по сути, делая только то, что произошло с ними позже, отличительным признаком между тем, что мы теперь рассматриваем как разные классы комет.

Для подтверждения этой теории необходимы дополнительные данные, но если она верна, то кометы — это не просто яркие гости, время от времени освещающие небо. Они — связующая нить, связывающая всё в Солнечной системе на протяжении её миллиардной истории. Хотя эта статья, в частности, вносит свой вклад в понимание этого вопроса и того, как они могли стать движущей силой образования океанов Земли, мы всё ещё многого о них не знаем, а это значит, что действительно пришло время собирать больше данных.