古老的太空尘埃分析或可解开地球水的起源之谜

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一个国际科学家小组可能已经解开了一个关于地球水的起源的关键谜团,因为他们发现了令人信服的新证据。在最近发表在《自然天文学》杂志上的一篇论文中,一个来自英国、澳大利亚和美国的研究小组描述了对一颗古代小行星的新分析。研究表明,当地球形成时,外来尘埃颗粒将水带到地球上。

古老的太空尘埃分析或可解开地球水的起源之谜-第1张图片-IT新视野

颗粒中的水是由空间风化作用产生的。在这个过程中,来自太阳的带电粒子被称为太阳风,它改变粒子的化学成分并产生水分子。

这一发现可以回答一个长期存在的问题,即富含水的地球如何使其70%的表面被海洋覆盖——这远远超过我们太阳系中的任何其他岩石行星。它还可以帮助未来的太空任务在没有空气的世界里找到水。

几十年来,行星科学家一直对地球海洋的起源感到困惑。一种理论认为,在46亿年前地球形成的最后阶段,一种被称为C型小行星的载水太空岩石可能给地球带来了水。

为了验证这一理论,科学家先前分析了大块C型小行星的同位素“指纹”,这些小行星以富含水的碳质球粒陨石的形式落在地球上。如果陨石水中氢和氘的比例与地球上的水的比例相匹配,科学家可以得出结论,C型陨石可能是来源。

结果并不那么清楚。虽然一些富水陨石的氘/氢“指纹”确实与地球上的水相匹配,但许多并不匹配。平均而言,这些陨石的液体“指纹”与在地幔和海洋中发现的水不一致。相反,地球有一个不同的、稍浅的同位素“指纹”。

换句话说,尽管地球上的一些水来自C型陨石,但形成地球的地球必须至少从一个具有较轻同位素的来源获得水,而这些同位素来自太阳系的其他部分。

使用一种先进的原子探针断层分析方法,由格拉斯哥大学领导的小组仔细研究了不同类型的空间岩石样品,即S型小行星,其轨道比C型小行星更靠近太阳。他们分析的样本来自一颗名为“Itokawa”的小行星。这些样本由日本太空探测器猎鹰号收集,并于2010年返回地球。

古老的太空尘埃分析或可解开地球水的起源之谜-第2张图片-IT新视野

格拉斯哥大学地理与地球科学学院的Luke Daly博士是论文的主要作者。“太阳风是一股主要由氢和氦离子组成的气流,从太阳流向太空。当这些氢离子遇到小行星或太空尘埃粒子等无空气表面时,它们会穿透表面以下几十纳米的地方,从而影响岩石的化学成分。随着时间的推移,氢离子会进入太空。”风化“可以从岩石中的物质中喷射出足够的氧原子,从而产生被小行星矿物截留的水。”

“最重要的是,从早期太阳系产生的太阳风中提取的水具有同位素轻。这强烈表明,数十亿年前由太阳风吹出并参与形成的地球细粒尘埃可能是地球失踪水库的来源。”

地球和行星科学学院杰出教授、柯廷大学教授、论文合著者Phil bland,他说:“原子探针层析成像技术让我们能够非常详细地观察到伊藤川上尘埃颗粒表面的前50纳米左右。它以18个月为一个周期围绕太阳运行。它让我们看到这个空间风化边缘碎片含有足够的水。如果我们放大它,每立方米的岩石将达到20升左右。”

共同作者,普渡大学大气和行星科学系地球教授米歇尔·汤普森补充道:“如果没有这项杰出的技术,这项测量就不可能实现。它让我们对漂浮在太空中的尘埃微粒如何帮助我们平衡地球水的同位素组成有了非凡的见解,并为我们提供了帮助解开其起源之谜的新线索。”

研究人员非常小心,以确保他们的测试结果是准确的,并与其他来源进行了额外的实验,以验证他们的结果。

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戴利博士补充说:“Curtin的原子探针层析成像系统是世界级的,但它从未真正用于我们这里所做的氢分析。我们希望确保我们看到的结果是准确的。我在2018年月球和行星科学会议上介绍了我们的初步结果,并问在场的任何同事,他们是否会帮助我们验证我的数据。”他们自己的样本证明了我们的发现。我们很高兴NASA的约翰逊航天中心和马诺阿、普渡大学、弗吉尼亚大学和北亚利桑那大学、爱达荷州和桑迪亚国家实验室的同事都表示愿意帮助。他们向我们提供了用氦和氘而不是氢辐照的类似矿物样品。从这些材料的原子探测结果中,我们很快清楚地看到,我们在Itokawa看到的是外星人。"

“支持这项研究的同事实际上相当于研究空间风化的‘梦之队’,因此我们对收集到的证据感到非常兴奋。它可以打开一扇门,让我们更好地了解早期太阳系的样子以及地球及其海洋是如何形成的。”

马诺阿夏威夷大学教授John Bradley的合著者补充说:“就在十年前,太阳风辐射与太阳系(更不用说地球海洋)中水的起源有关的概念无疑会受到欢迎。通过首次证明水是在小行星表面局部产生的,我们的研究是基于不断积累的证据,即太阳风辐射与地球海洋之间的相互作用ind和富氧尘埃颗粒确实产生了水。"

“由于整个太阳星云中丰富的尘埃在行星吸积开始之前不可避免地受到辐射,因此这种机制产生的水与行星系统中的水的来源和地球海洋的同位素组成直接相关。”他们对风化的太空表面可能含有多少水的估计也表明,未来的太空探险家甚至可以在看起来最干旱的行星上创造水源。

这项研究的合著者,夏威夷大学MaNOa的希望Ishii教授说:“未来人类太空探索的问题之一是宇航员如何找到足够的水来维持他们的生命和完成他们的任务而不带他们去旅行。”

“我们认为,合理的假设是,在许多没有空气的星球上,例如月球或小行星灶神星,在一定程度上也会发生在Itokawa上产生水的空间风化过程。这可能意味着空间探险家可能能够直接从行星表面的尘埃中处理淡水供应。想想行星的形成过程有助于支持人类在地球之外的生活,这是令人兴奋的。"

Daly博士补充道:“NASA的Artemis项目正致力于在月球上建立一个永久性基地。如果在月球表面有一个类似的水库,并且通过这项研究在Itokawa发现的太阳风提供了水,这将是一个巨大而宝贵的资源,有助于实现这一目标。”

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