Chlorek sodu, lepiej znany jako sól kuchenna, nie jest minerałem, który pobudza wyobraźnię naukowców. Jednak odrobina maleńkich kryształków soli odkryta w próbce z asteroidy ekscytuje naukowców z University of Arizona Lunar and Planetary Laboratory, ponieważ te kryształy mogły powstać tylko w obecności wody w stanie ciekłym.
Według zespołu badawczego jeszcze bardziej intrygujący jest fakt, że próbka pochodzi z asteroidy typu S, kategorii znanej głównie z braku uwodnionych lub wodonośnych minerałów. Odkrycie wyraźnie sugeruje, że duża populacja asteroid pędzących przez Układ Słoneczny może nie być tak sucha, jak wcześniej sądzono. Odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy, ponownie potwierdza hipotezę, że większość, jeśli nie całość, wody na Ziemię mogła przybyć na Ziemię za pośrednictwem asteroid podczas burzliwego dzieciństwa planety.
Tom Zega, główny autor badania i profesor nauk planetarnych w Laboratorium Księżycowym i Planetarnym UArizona, oraz Shaofan Che, główny autor badania i doktor habilitowany w Laboratorium Księżycowym i Planetarnym przeprowadzili szczegółową analizę próbek pobranych z asteroidy Itokawa w 2005 przez japońską misję Hayabusa i sprowadzony na Ziemię w 2010.
Badanie jest pierwszym, które wykazało, że kryształy soli powstały na macierzystym ciele asteroidy, wykluczając jakąkolwiek możliwość, że mogły powstać w wyniku zanieczyszczenia po dotarciu próbki na Ziemię, pytanie, które nękało poprzednie badania, w których znaleziono chlorek sodu w meteorytach o podobnym pochodzeniu.
„Ziarna wyglądają dokładnie tak, jak gdybyś wziął sól kuchenną z domu i umieścił ją pod mikroskopem elektronowym” – powiedział Zega. „To te ładne, kwadratowe kryształy. To też było zabawne, ponieważ odbyliśmy wiele porywających rozmów na ich temat podczas spotkań grupowych, ponieważ było to po prostu tak nierealne”.
Zega powiedział, że próbki reprezentują rodzaj pozaziemskiej skały znanej jako zwykły chondryt. Pochodzący z tak zwanych asteroid typu S, takich jak Itokawa, ten typ stanowi około 87% meteorytów zebranych na Ziemi. Stwierdzono, że bardzo niewiele z nich zawiera minerały wodonośne.
„Od dawna uważano, że zwykłe chondryty są mało prawdopodobnym źródłem wody na Ziemi” – powiedział Zega, który jest dyrektorem Kuiper Materials Imaging & Characterization Facility w Lunar and Planetary Laboratory. „Nasze odkrycie chlorku sodu mówi nam, że ta populacja asteroid może zawierać znacznie więcej wody, niż sądziliśmy”.
Obecnie naukowcy w dużej mierze zgadzają się, że Ziemia wraz z innymi planetami skalistymi, takimi jak Wenus i Mars, uformowała się w wewnętrznym obszarze kłębiącego się, wirującego obłoku gazu i pyłu wokół młodego słońca, znanego jako mgławica słoneczna, gdzie temperatury były bardzo wysokie — zbyt wysoka, aby para wodna mogła się skroplić z gazu, według Che.
„Innymi słowy, woda tutaj na Ziemi musiała być dostarczana z zewnętrznych krańców mgławicy słonecznej, gdzie temperatury były znacznie niższe i pozwalały na istnienie wody, najprawdopodobniej w postaci lodu” – powiedział Che. „Najbardziej prawdopodobny scenariusz jest taki, że komety lub asteroidy innego typu znane jako asteroidy typu C, które znajdowały się dalej w mgławicy słonecznej, migrowały do wewnątrz i dostarczały swój wodnisty ładunek, uderzając w młodą Ziemię”.
Odkrycie, że woda mogła być obecna w zwykłych chondrytach, a zatem pochodziła ze znacznie bliższych Słońcu niż ich „bardziej mokrych” krewnych, ma implikacje dla każdego scenariusza próbującego wyjaśnić dostarczanie wody na wczesną Ziemię.
Próbka użyta w badaniu to maleńka cząsteczka pyłu o średnicy około 150 mikrometrów, czyli mniej więcej dwa razy większa od średnicy ludzkiego włosa, z której zespół wyciął niewielką sekcję o szerokości około 5 mikronów – wystarczająco dużą, aby pokryć pojedynczą komórkę drożdży – – do analizy.
Korzystając z różnych technik, Che był w stanie wykluczyć, że chlorek sodu był wynikiem zanieczyszczenia ze źródeł takich jak ludzki pot, proces przygotowania próbki lub ekspozycja na wilgoć laboratoryjną.
Ponieważ próbka była przechowywana przez pięć lat, zespół wykonał zdjęcia przed i po i porównał je. Zdjęcia pokazały, że rozmieszczenie ziaren chlorku sodu w próbce nie uległo zmianie, wykluczając możliwość osadzania się w próbce któregokolwiek z ziaren w tym czasie. Ponadto Che przeprowadził eksperyment kontrolny, traktując zestaw próbek skał ziemskich tak samo jak próbkę Itokawa i badając je pod mikroskopem elektronowym.
„Próbki ziemskie nie zawierały chlorku sodu, więc przekonaliśmy się, że sól w naszej próbce pochodzi z asteroidy Itokawa” – powiedział. „Wykluczyliśmy każde możliwe źródło skażenia”.
Zega powiedział, że codziennie na Ziemię spadają tony materii pozaziemskiej, ale większość z nich spala się w atmosferze i nigdy nie dociera na powierzchnię.
„Potrzebujesz wystarczająco dużej skały, aby przetrwać wejście i dostarczyć tę wodę” – powiedział.
Wcześniejsze prace prowadzone przez nieżyjącego już Michaela Drake’a, byłego dyrektora Lunar and Planetary Lab, w latach 90. XX wieku zaproponowały mechanizm, dzięki któremu cząsteczki wody we wczesnym Układzie Słonecznym mogły zostać uwięzione w minerałach asteroid, a nawet przetrwać uderzenie w Ziemię.
„Badania te sugerują, że dzięki temu mechanizmowi można dostarczyć wodę o wartości kilku oceanów” – powiedział Zega. „Jeśli teraz okaże się, że najczęstsze asteroidy mogą być znacznie„ bardziej mokre ”, niż sądziliśmy, hipoteza dostarczania wody przez asteroidy będzie jeszcze bardziej prawdopodobna”.
Itokawa to zbliżona do Ziemi asteroida w kształcie orzeszka ziemnego, mająca około 2000 stóp długości i 750 stóp średnicy. Uważa się, że oderwała się od znacznie większego ciała macierzystego. Według Che i Zegi można sobie wyobrazić, że mogła się tam zgromadzić zamarznięta woda i zamarznięty chlorowodór, a naturalnie występujący rozpad pierwiastków promieniotwórczych i częste bombardowania przez meteoryty we wczesnych dniach Układu Słonecznego mogły zapewnić wystarczającą ilość ciepła do podtrzymania procesów hydrotermalnych obejmujących płynna woda. Ostatecznie ciało macierzyste uległoby uderzeniu i rozpadło się na mniejsze fragmenty, co doprowadziło do powstania Itokawy.
„Kiedy te składniki połączą się, tworząc asteroidy, istnieje możliwość powstania wody w stanie ciekłym” – powiedział Zega. „A kiedy już uformują się płyny, możesz myśleć o nich jako o zajmujących puste przestrzenie w asteroidzie i potencjalnie zajmujących się chemią wody”.
Dowody wskazujące na to, że kryształy soli w próbce Itokawy znajdowały się tam od początku Układu Słonecznego, nie kończą się jednak na tym. Naukowcy odkryli żyłę plagioklazu, bogatego w sód minerału krzemianowego, biegnącego przez próbkę, wzbogaconą chlorkiem sodu.
„Kiedy widzimy takie żyły zmian w próbkach ziemskich, wiemy, że powstały w wyniku zmian wodnych, co oznacza, że musi to obejmować wodę” – powiedział Che. „Fakt, że widzimy tę teksturę związaną z sodem i chlorem, jest kolejnym mocnym dowodem na to, że stało się to na asteroidzie, gdy woda przepływała przez ten zawierający sód krzemian”.