منظومه شمسی مکانی مرطوب است.
اگرچه بیشتر سطح زمین با آب مایع پوشیده شده است، اما در مقایسه با کل حجم موجود در منظومه شمسی، قطره ای در اقیانوس است – بیشتر آن به صورت یخ در قمرهای سیارات غول پیکر محبوس شده است.
بیرونی منظومه شمسی حتی یخ زده تر است. دور از گرمای خورشید، میلیون‌ها جرم یخی که کمربند کویپر را فراتر از نپتون تشکیل می‌دهند، تصور می‌شود که حاوی مقادیر مطلقی از این ماده هستند.
و اکنون دانشمندان شواهدی پیدا کرده‌اند که نشان می‌دهد حداقل برخی از آن آب‌های دور از نوع دیگری با آبی است که ما در اینجا روی زمین داریم.
در تعداد انگشت شماری از دانه های غبار که از کمربند کویپر به زمین سفر کرده اند، ردپایی از آب که مدت ها گم شده است، با امضای شیمی اولیه باقی مانده است – که نشان می دهد مخزن آب در لبه منظومه شمسی، دست نخورده با تغییرات نزدیکتر به خورشید، بکر باقی مانده است.
بر اساس مطالعه‌ای که توسط لیندسی کلر، دانشمند سیاره‌شناسی از مرکز فضایی جانسون ناسا، انجام شد، این «شواهد قانع‌کننده‌ای برای وجود مخزن بزرگی از آب سنگین فراتر از مدار سیارات غول گازی است که عمدتاً از مواد منظومه شمسی داخلی جدا شده است».
کمربند کویپر فراتر از مدار نپتون در فاصله تقریباً 30 واحد نجومی از خورشید – 30 برابر فاصله زمین و خورشید – یک مرز تا حدودی چالش برانگیز از منظومه شمسی را نشان می دهد.
تعداد بسیار کمی از کشتی های ساخته شده توسط انسان تا به حال به مناطق سرد و تاریک آن سفر کرده اند.
سالها طول می کشد تا به آنجا برسیم. فرود یک کاوشگر یا جمع آوری نمونه برای ارسال به زمین از نظر نجومی بسیار دشوار و پرهزینه خواهد بود که – حداقل در حال حاضر – کاملاً قابل بحث نیست.
این کاملاً ترسناک است، زیرا تکه‌های یخ و سنگ معلق در کمربند کویپر از دست نخورده‌ترین بقایای منظومه شمسی اولیه هستند که همگی از گرد و غبار و گاز آمنیوتیک خورشیدی در حدود 4.5 میلیارد سال پیش ترکیب شده‌اند.
با این حال، خوشبختانه برای ما، همه چیز در کمربند کویپر در آنجا باقی نمی ماند.
ما نمی توانیم آن را ببینیم، اما منظومه شمسی پر از غبار فضایی است. سالانه حدود 5200 تن از این مواد به زمین می‌افتد. و مقداری از آن گرد و غبار راه طولانی و طولانی را طی کرده تا به اینجا برسد.
کلر و همکارانش 12 دانه از این قبیل را پیدا کردند که هر کدام به اندازه 10 تا 30 میکرومتر در موادی که توسط هواپیماهای ناسا در ارتفاع بالا از استراتوسفر جمع آوری شده بود.
آه، اما این یک سوال جالب و مهم را ایجاد می کند: از کجا می دانید که یک ذره گرد و غبار به اندازه میکرون جمع آوری شده از استراتوسفر زمین تا حد زیادی از مدار نپتون خارج شده است؟
در منظومه شمسی همه چیز مربوط به اسکارهای سفر است. در فضای بین سیاره‌ای، هیچ حفاظت جوی در برابر تشعشعات قدرتمندی که از خورشید ساطع می‌شود وجود ندارد – و ذرات پرانرژی خورشید گرد و غبار را بدون آسیب باقی نمی‌گذارند.
هنگامی که از میان ذره ای غبار عبور می کنند، ذرات پرانرژی خورشید می توانند اندکی اتم ها را در ساختار شبکه کریستالی خود منحرف کنند و یک ردی گویا را به دنبال خود بر جای بگذارند – کمی شبیه ذرات باردار که دنباله ای را در بخار در یک محفظه ابر باقی می گذارند، اگرچه مکانیسم ها متفاوت است.
هر چه یک ماده معدنی چنین آثاری را بیشتر کند، زمان بیشتری را صرف حرکت در فضای بین سیاره ای کرده است. و کاملا قابل اعتماد است. گرد و غباری که به دور خورشید می چرخد، چیزی به نام اثر پوینتینگ-رابرتسون را تجربه می کند – کشش بسیار جزئی که توسط نور خورشید اعمال می شود که باعث می شود دانه ها به تدریج انرژی خود را از دست بدهند و به سمت داخل مارپیچ به سمت خورشید حرکت کنند.
بنابراین دانشمندان می‌توانند مسیرهای تشعشع را بشمارند و تعیین کنند که آیا یک دانه زمان کافی را در فضا گذرانده است تا از دوردست‌های منظومه شمسی سفر کرده باشد.
دانه‌های شناسایی‌شده توسط کلر و تیمش، تراکم ردیاب‌هایی حدود 100 برابر بیشتر از حد انتظار برای گرد و غبار کمربند سیارک‌ها یا دنباله‌دارهای خانواده مشتری داشتند – که با منشأ بسیار دورتر، تا کمربند کویپر سازگار است.
ترکیب معدنی دانه‌ها سرنخ دیگری را ارائه می‌دهد و محققان دریافتند، راز آب باستانی که با آن مواجه شده‌اند را در خود دارد.
این دانه‌ها بسیار غنی از کربن بودند و حدود چهار برابر بیشتر از برخی شهاب‌سنگ‌ها کربن داشتند که نشانه دیگری از تشکیل آنها در شرایط مختلف، دور از خورشید است.
اما چیز دیگری در مورد دانه‌ها وجود داشت که سرنخ وسوسه‌انگیز خاصی برای تاریخچه آنها ارائه می‌کرد – خاک رس.
بسیاری از دانه ها حاوی خاک رس مانند ساپونیت و سرپانتین و همچنین سایر مواد معدنی هیدراته هستند که هنگام واکنش شیمیایی آب با سایر مواد معدنی تشکیل می شوند و ترکیب آنها تغییر می کند.
این بدان معنی است که در گذشته ای دور، آب مایع باید در داخل بدن مادری وجود داشته باشد که دانه های گرد و غبار از آن سرچشمه گرفته است.
اگرچه کمربند کویپر امروزه یخ زده است، اما پوسیدگی رادیواکتیو یا گرمای ایجاد شده در اثر برخورد ممکن است زمانی فضای داخلی برخی از اجسام یخی آن را به اندازه ای گرم کرده باشد که آب را ذوب کند و به آن اجازه دهد با سنگ های اطراف واکنش نشان دهد.
این آب مدت‌هاست که از بین رفته است، اما مواد معدنی موجود در 12 دانه، مقداری از اکسیژن را که زمانی بخشی از مولکول‌های آن بود، حفظ کرده‌اند. و اینجاست که همه چیز خیلی نه از اینجا شروع شد.
اکسیژن در انواع مختلفی به نام ایزوتوپ وجود دارد که از نظر تعداد نوترون ها در هسته اتمی آنها متفاوت است. رایج ترین آنها اکسیژن 16 با هشت پروتون و هشت نوترون است. اما دو ایزوتوپ پایدار طبیعی و سنگین‌تر نیز وجود دارد: اکسیژن-17، با هشت پروتون و نه نوترون، و اکسیژن-18، با هشت پروتون و ده نوترون.
نسبت‌های نسبی این ایزوتوپ‌ها بسته به مکان و نحوه تشکیل یک ماده می‌تواند متفاوت باشد و نوعی اثر انگشت شیمیایی از تاریخچه آن باقی بماند.
وقتی کلر و همکارانش ایزوتوپ‌های اکسیژن موجود در دانه‌های غبار را اندازه‌گیری کردند، غنی‌سازی غیرمعمولی در انواع سنگین‌تر پیدا کردند.
با بازسازی واکنش های شیمیایی که مواد معدنی هیدراته را تشکیل می دادند، محققان توانستند ترکیب ایزوتوپی آب مسئول را تخمین بزنند.
آنها دریافتند که این مواد معدنی ایزوتوپ‌های اکسیژن سنگین‌تر را از آب به ارث برده‌اند، که باید به‌طور غیرمعمولی غنی از آنها بوده باشد – و امضای یک مخزن باستانی را که میلیاردها سال پیش در بیرونی منظومه شمسی وجود داشت، حفظ کرده‌اند.
امضای ایزوتوپی کاملاً متفاوت از آب استنباط‌شده از شهاب‌سنگ‌های کربنی بود که در مناطق دیگر منظومه شمسی اولیه شکل گرفته‌اند.
این نشان می دهد که آب در دوردست کمربند کویپر متعلق به یک مخزن جداگانه است که تا حد زیادی از اختلاط و تغییرات شیمیایی که نزدیکتر به خورشید رخ می دهد جدا مانده است.
و محققان ایده ای از آنچه که ممکن است آن را به همین شکل نگه داشته باشد دارند: سیارات غول پیکر.
حالا برای خودت سر تکان می‌دهی و فکر می‌کنی، بله، شبیه مشتری است. اما این بار زحل به عنوان یک دروازه بان عمل می کند و از عبور آب اولیه منظومه شمسی بیرونی به درون منظومه شمسی جلوگیری می کند.
مدل‌های اولیه منظومه شمسی نشان می‌دهد که زحل ممکن است یک رونق تحت فشار در قرص گاز و غبار اطراف خورشید جوان ایجاد کرده باشد که حرکت مواد به داخل را کند یا حتی متوقف کرده است.
همراه با غول های یخی، زحل ممکن است به حفظ یک مخزن آب با نشانه ایزوتوپی متفاوت از موادی که در نزدیکی خورشید در گردش هستند کمک کرده باشد.
دانشمندان مدت‌ها گمان می‌کردند که چنین مخزنی از آب غنی از اکسیژن در اوایل منظومه شمسی وجود داشته است، اما یافتن شواهدی برای آن بسیار دشوار بوده است.
بیشتر شهاب‌سنگ‌های موجود برای مطالعه از مناطقی می‌آیند که در آن اختلاط شدید و تغییرات شیمیایی، نشانه‌های ایزوتوپی اصلی را پنهان کرده است.
اما این شواهد ممکن است در تمام مدت زیر بینی ما بوده باشد.
دوازده لوبیا ممکن است زیاد به نظر نرسد… تا زمانی که در نظر بگیرید که چقدر باید سفر کرده باشند و چگونه جمع شده اند. در گزارشی در سال 2022، کلر و جورج فلین از دانشگاه ایالتی نیویورک تخمین زدند که حدود یک چهارم غبار بین سیاره ای وارد شده به درون منظومه شمسی ممکن است از کمربند کویپر سفر کرده باشد.
جایی در میان بارش دائمی غبار فضایی که به زمین می‌بارد، ممکن است قطعات بی‌شماری دیگر از قدیمی‌ترین تاریخ منظومه شمسی، آسیب‌دیده از سفر و پنهان‌کاری، وجود داشته باشد که میلیاردها سال جان سالم به در برده تا به ناودان سقف شما ختم شود.
این مطالعه در منتشر شد پیشرفت علمی.
