Извънсистемна вода

Водата на Земята и други планети се оказа по-стара от Слънчевата система и е попаднала на тяхната повърхност от откритото космическо пространство.

Около половината от водата на повърхността на планетата и почти целият лед в недрата на комети и други обекти от Слънчевата система са възникнали не в пределите на протопланетната мъглявина, където са се родили Слънцето и другите небесни тела, а в междузвездното пространство.

Както показва съдържанието на изотопи, водата на Земята е по-стара от материята на Слънцето и породите в недрата на всички останали обекти от нашата система с около милион години.

Двата тези факта, както пишат авторите на откритието в сп. Science, значително подобряват шансовете да открием извънземен живот.

„Ако водата се е формирала само в пределите на самата звездна система, то броят на нейните молекули и частта на други важни химични вещества, необходими за формирането на живот, биха били различни за всички съществуващи и открити от нас екзопланети.

Но тъй като те всъщност директно от междузвездното пространство получават част от ледове, наситени със сложни органични вещества, то може да се говори за това, че всички млади планетни системи получават достъп до тези строителни елементи на живота, обяснява Илседора Клийвс от Мичиганския университет в Ан Арбър (САЩ).

Клийвс и астрономи от различни университети на САЩ и Великобритания стигнали до този парадоксален извод, след като се опитали да възпроизведат химичните процеси, които са протичали в първите минути и часове от живота на Слънчевата система.

Според съвременните представи мъглявината, в центъра на която се е родило Слънцето, се е състояла предимно от водород и хелий, както и малко количество по-тежки елементи – като кислород, азот, силиций, въглерод и прочие елементи. Голяма част от този материал е била погълната от бъдещото светило, а неговите остатъци са се превърнали в тънък и плосък диск от прах и газ, където се родили Земята и другите планети.

Топлото ултравиолетово лъчение, отделяно от новороденото Слънце, и неговото привличане са нагрели този диск, „разбъркали“ са го и са накарали съдържащите се в него елементи да встъпят в различни химични реакции, в хода на които се раждали вода, амоняк и въглеводороди и по-сложни органични молекули.

Следи от тези първични реакции са стигнали и до днешни дни – те са се съхранили в дебелината на ледовете в недрата на комети и древни астероиди.

Тези реликти от първите дни на Слънчевата система представляват огромен интерес за астрономите и биолозите и с тяхното изучаване се занимават водещите космически агенции по света.

През ноември тази година на кометата Чурюмов-Герасименко ще кацне и изучи химичния състав на нейните ледове европейският спускаем модул „Филае“. А през 2016 година към астероида Бену (1999 RQ36) за събиране на образци от повърхността ще се отправи американската сонда OSIRIS-REx.

Сведенията, които ще получат тези апарати, ще помогнат на учените да изяснят какво наистина се е случило по време на раждането на планетното семейство на Слънцето.

Клийвс и колегите ѝ не седнали да чакат тези знаменателни събития и се опитали да разкрият тайните на формирането на Слънчевата система, опирайки се на някои общоизвестни и непредизвикващи съмнение закони, управляващи процесите на раждането на Земята и другите планети и определящи техния химичен състав.

Астрономи и геолози днес добре знаят, че на скоростта на химичните реакции в протопланетния облак най-много влияят два тясно свързани параметъра – температурата на средата и нейният изотопен състав.

Склонността на различните атоми да встъпват в реакции често зависи от тяхната маса – колкото е по-малка тя, толкова по-охотно се съединяват те с други вещества. При това, колкото е по-висока температурата в точката, където протичат химичните взаимодействия, толкова по-ярко се проявяват тези различия в активността на тежките и леките изотопи.

Тази особеност на протопланетния диск превръща много химични съединения, включително и водата, в своеобразен паспорт, позволяващ практически с абсолютна точност да се изчисли мястото, където те са възникнали в първите мигове от живота на Слънчевата система.

Така делът на деутерия, тежък изотоп на водорода, във водата трябва плавно да расте с отдалечаване от Слънцето – колкото по-далече от светилото, толкова по-ниска е температурата в протопланетния диск и толкова повече шансове има деутерият да встъпи в реакция с кислорода и другите елементи.

Първите опити да се „прочете“ този химичен паспорт показали, че всичко е толкова просто. Например във водата на Земята и Марс, формирали се в топлата част на Слънчевата система, се съдържа аномално много деутерий. Това говори, че водните запаси на тези планети са били доставени на тяхната повърхност от комети или астероиди хондрити, формирани в далечните части на нашата планетна система.

Тази деутериева аномалия, както и разминаването в разпределението на изотопите на другите елементи, накарала авторите да смятат, че водата в Слънчевата система може да произхожда не от един, а едновременно от няколко източника. Един от тях е била първичната материя в протопланетната мъглявина, а другият – струпването на лед и прах в междузвездното пространство, които протопланетният диск и формиращите се планети може да са захванали по времето, когато раждащата се Слънчева система е прелетяла през тях.

На такава идея, както отбелязват самите учени, ги навели наблюденията на новородена двойка от почти пълни копия на Слънцето – двойната звезда IRAS 16293-2422, разположена в съзвездие Змиеносец, на 400 светлинни години от нашата планета.

В околностите на тази звездна система радиотелескопът ALMA през 2012 г. открил голямо струпване на междузвезден лед, деутерият в който бил на няколко порядъка повече, отколкото във водата на Земята и на други небесни тела.

Групата на Клийвс използвала известните ни сведения за химичния състав на облака прародител на Слънцето, както и данни от наблюденията на IRAS 16293-2422 за разработването на компютърен модел, описващ процеса на раждане на Слънчевата система.

Този модел помогнал на учените да проверят формирали ли са се водните запаси на нашата планетна система в изолация от цялата останала Вселена, или в този процес се е намесила междузвездната среда.

„Ние позволихме на тази „супа“ от прости елементи да еволюира, в химичния смисъл на тази дума, в продължение на около милион години, което е типично време за живота на протопланетния диск. Оказа се, че химичните процеси, протичащи в него, изключително лошо се справят с производството на тежка вода както близо до светилото, така и в далечните части на Слънчевата система.

Това означава, че протопланетният диск не е породил тази вода, а я е наследил от външни източници. И затова можем да говорим, че част от водата на Земята и на други планети е по-древна от самото Слънце“, добавя Едуин Бергин, друг автор на статията от Мичиганския университет.

Според изчисленията на астрономите от една трета до половината от водата в съвременната Слънчева система дължи своя произход на междузвездните купове лед и прах, подобни на тези, които са открити до IRAS 16293-2422.

По такъв начин около 60% от водата в океаните на Земята са попадали в тях директно от Космоса, а най-далечните комети, както смятат Клийвс и колегите ѝ, могат практически напълно да се състоят от лед, захванат в „зародиша“ на Слънчевата система от междузвездната среда милион години преди появата на светилото и планетите.

„Ако всички останали планетни системи са възникнали така, както Слънчевата система, това означава, че водата се явява постоянен участник в процеса на формирането на планетите.

Към момента орбиталният телескоп „Кеплер“ е открил около хиляда екзопланети, в съществуването на които никой не се съмнява. Широката достъпност на водата по време на тяхното раждане позволява да се надяваме на това, че животът се среща във всички ъгълчета на галактиката“, заключава Клийвс.