Жидкая вода текла по астероиду Рюгу более миллиарда лет после его образования

Фото из открытых источников

Небольшие фрагменты горных пород могут многое рассказать при анализе с помощью мощных лабораторных приборов. Новое исследование мельчайших фрагментов астероида Рюгу, отобранных миссией «Хаябуса-2» JAXA, показало, что вода протекала через него более миллиарда лет после его образования. Это новое открытие опровергает прежнее представление о том, что астероиды подвергались воздействию воды только на самых ранних стадиях формирования Солнечной системы.

Когда миссия «Хаябуса-2» JAXA доставила образцы с астероида Рюгу, исследователи с нетерпением ждали возможности их получить. После проведения предварительного анализа JAXA предоставило образцы, и исследователи со всего мира представили свои исследовательские предложения. Эта работа приносит свои плоды: результаты различных исследований продолжают появляться в научных журналах.

Рюгу — это астероид, состоящий из обломков, и до 50% его объёма занимает пустое пространство. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что жидкость протекала через этот углеродистый астероид более миллиарда лет после его образования, вероятно, из-за удара, который растопил лёд и открыл каналы для стока талой воды. Ведущий автор исследования Цуёси Иидзука из Токийского университета.

Для астрономов астероиды дают важнейшие подсказки о формировании Солнечной системы. Они являются основными строительными блоками, из которых формируются планеты, и, в отличие от таких тел, как Марс и Земля, они не подверглись значительным изменениям в результате таких процессов, как дифференциация, нагревание и геологические процессы. Изучение астероидов помогло учёным понять, из каких исходных материалов формировалась Солнечная система.

Астероиды помогли исследователям понять, как на Земле появилась вода. Углеродистые астероиды (типа C), такие как Рюгу, содержат органические соединения и водосодержащие минералы, которые они принесли на Землю, когда и планета, и Солнечная система были молодыми. Но хотя учёные и имеют базовые знания о том, как образовалась Солнечная система, в том числе о том, как Земля получила воду, в этой картине есть большие пробелы.

Ученые потратили много времени и сил, пытаясь понять природу воды на Земле. Существует два основных пути, которые, вероятно, внесли свой вклад. Один из них связан с выделением кислорода из магмы во время фазы магматического океана Земли, который соединяется с водородом в атмосфере и образует воду. Другой путь связан с поступлением астероидов и комет, которые также доставляли строительные блоки жизни.

Одна из проблем, связанных с теорией доставки воды астероидами, заключается в том, что данные свидетельствуют о том, что это произошло относительно быстро. Возможно, слишком быстро, чтобы объяснить, как Земля получила воду. Но, показав, что вода протекала через Рюгу более чем через миллиард лет после образования Солнечной системы, новое исследование, возможно, заполнило пробел в наших знаниях.

«Мы обнаружили, что на Рюгу сохранились первозданный след активности воды, свидетельствующий о том, что жидкости двигались сквозь его породы гораздо позже, чем мы ожидали», — заявил Иидзука. «Это меняет наши представления о долгосрочной судьбе воды в астероидах. Вода сохранялась там долгое время и не иссякла так быстро, как считалось». Если она сохранялась в астероидах дольше, чем считалось, то они могли доставлять её на Землю дольше, чем считалось.

Результат основан на датировании по лютецию и гафнию  Это распространённый метод геохронологического датирования, основанный на распаде лютеция-176 (¹⁷⁶Lu) до гафния-176 (¹⁷⁶Hf). Каждый элемент обладает уникальным химическим поведением, а их чрезвычайно длительные периоды полураспада — превышающие возраст Вселенной — приводят к различным соотношениям в разных породах, даже в породах возрастом в миллиарды лет.

Исследователи ожидали найти предсказуемые соотношения двух изотопов, основанные на возрасте астероида и данных, полученных на других астероидах. Но этого не произошло. Соотношение ¹⁷⁶Lu к ¹⁷⁶Hf оказалось значительно выше ожидаемого. Оба элемента остаются относительно неподвижными в ходе большинства геологических процессов, но имеют разные ионные заряды и размеры. Более высокая плотность заряда гафния делает его менее растворимым в водных растворах, чем лютеций.

На основании этого исследователи определили, что жидкость вымывает лютеций из горных пород.

«Мы предполагали, что химический состав Рюгу будет напоминать состав некоторых метеоритов, уже изученных на Земле», — сказал Иидзука. «Но результаты оказались совершенно иными. Это означало, что нам пришлось тщательно исключить другие возможные объяснения, и в конечном итоге мы пришли к выводу, что система Lu-Hf была нарушена поздним потоком жидкости. Наиболее вероятной причиной стал удар о более крупный астероид, родитель Рюгу, который разрушил породу и растопил погребенный лёд, позволив жидкой воде просочиться сквозь тело. Это стало настоящим сюрпризом! Это столкновение также может быть причиной разрушения родительского тела, в результате чего образовался Рюгу».

Результаты показывают, что углеродистые астероиды могли доставлять воду на Землю в больших количествах и позже, чем предполагалось. Если родительское тело Рюгу сохраняло лёд в течение миллиарда лет, то и другие подобные тела, бомбардировавшие молодую Землю, могли делать то же самое. Большинство столкновений астероидов с Землёй произошло в течение первых одного-двух миллиардов лет существования планеты, и данное исследование показывает, что поставка воды могла происходить в течение более длительного периода, чем предполагалось.

«Идея о том, что объекты, подобные Рюгу, так долго сохраняли лёд, поразительна», — сказал Иидзука. «Это говорит о том, что строительные блоки Земли были гораздо более влажными, чем мы предполагали. Это заставляет нас переосмыслить начальные условия водной системы нашей планеты. Хотя пока рано говорить наверняка, моя команда и другие учёные могут использовать это исследование, чтобы прояснить некоторые вопросы, в том числе то, как и когда наша Земля стала пригодной для жизни».

Когда «Хаябуса-2» находился на Рюгу, некоторые из первых данных, отправленных им, показали, что астероид был чрезвычайно сухим. Это подчёркивает ценность миссий по возвращению образцов, которые позволяют подвергнуть отобранные образцы более тщательному исследованию. Несмотря на то, что каждый исследуемый образец был крошечным и требовал новых, сложных методов исследования, эти образцы открыли многое из того, что без них осталось бы скрытым.

«Небольшой размер образца представлял собой серьёзную проблему», — вспоминает Иидзука. «Нам пришлось разработать новые химические методы, которые минимизировали бы потери элементов, одновременно позволяя изолировать несколько элементов из одного фрагмента. Без этого мы бы никогда не смогли обнаружить столь тонкие признаки поздней флюидной активности».

Фосфатные жилы также играют роль в этом исследовании, но для их понимания требуется больше исследований. Исследователи намерены изучить их более подробно, чтобы точнее определить возраст флюидного потока.

«Na-Mg-фосфаты встречаются в виде жил, пересекающих брекчиевидные структуры с изменённой литологией, что свидетельствует об их образовании после ранних изменений и ударных воздействий», — пишут авторы в своём исследовании. Испарение в процессе формирования иногда может создавать пустоты в жилах, и осаждающиеся там фосфаты должны демонстрировать обогащение лютецием и дефицит гафния, что дополняет данные, полученные в ходе исследования образцов.

Они также хотят сравнить свои выводы с результатами, полученными на астероиде Бенну, образцы с которого аппарат NASA OSIRIS-REx доставил в 2023 году. Если эти образцы покажут такую же активность воды, как и образец с Рюгу, то миссии по возвращению образцов покажут, насколько они ценны, поскольку изменят наше понимание Солнечной системы, Земли, воды и даже жизни.