Woda sprzed miliardów lat? Pył z Pasa Kuipera zaskoczył naukowców

Podstawą badań były mikroskopijne ziarna pyłu kosmicznego powiązane z pasem Kuipera, czyli strefą pełną lodowych obiektów rozciągającą się poza orbitą Neptuna. Naukowcom udało się wyodrębnić 12 drobin, które dotarły na Ziemię z bardzo odległych rejonów Układu Słonecznego, co otworzyło drogę do szczegółowych analiz ich składu chemicznego.

Te drobiny znalazły się w stratosferze i zostały przechwycone przy użyciu specjalistycznych samolotów NASA. Choć każda cząstka miała zaledwie 10–30 mikrometrów, ich budowa sugerowała powstanie w warunkach innych niż te, które dominowały bliżej Słońca. Wyróżniało je również to, że okazały się około cztery razy bogatsze w węgiel niż meteoryty węgliste, co wzmacnia hipotezę o odmiennych procesach chemicznych zachodzących w zewnętrznych rejonach Układu Słonecznego.

Jednym z kluczowych argumentów okazała się obecność minerałów ilastych, m.in. saponitu i serpentynu. Takie związki tworzą się, gdy woda wchodzi w reakcje ze skałami – a to oznacza, że w ciałach macierzystych, z których pochodził pył, w przeszłości musiała występować ciekła woda. Choć dziś pas Kuipera jest postrzegany jako lodowa pustka, wnętrza tamtejszych obiektów mogły być okresowo ogrzewane np. przez radioaktywność albo energię uwalnianą podczas kolizji.

Najbardziej frapujące wyniki przyniosły pomiary izotopów tlenu. W drobinach zaobserwowano nietypową przewagę cięższych odmian tlenu, co ma wskazywać na środowisko, w którym woda zachowała bardzo dawny, pierwotny skład izotopowy. Badacze uznali to za mocny dowód istnienia odizolowanego zasobu "ciężkiej" wody w regionie położonym dalej niż orbity gazowych olbrzymów. Jak ujęli to naukowcy: "wyniki są przekonującym dowodem na istnienie dużego zasobu wody o charakterze ciężkim poza orbitami gazowych olbrzymów, który przez miliardy lat pozostał odizolowany od strefy bliżej Słońca".

Dodatkowych wskazówek dostarczyły ślady uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem. Na ich podstawie zespół oszacował, że ziarna bardzo długo przebywały w przestrzeni międzyplanetarnej, zanim trafiły w okolice Ziemi. Mechanizmem, który może to tłumaczyć, jest efekt Poyntinga-Robertsona: pył kosmiczny, poddany subtelnemu "hamowaniu" przez oddziaływanie światła słonecznego, stopniowo spiralnie przesuwa się w stronę Słońca, co pozwala też szacować drogę, jaką przebył.

Zespół naukowy wiąże długotrwałe odizolowanie tego rezerwuaru wody z oddziaływaniem Saturna, który miał stabilizować część materii w dysku protoplanetarnym. Modele sugerują, że gazowe olbrzymy mogły działać jak swoista zapora, ograniczając migrację materiału w kierunku wewnętrznych obszarów Układu Słonecznego.

Wyniki opublikowane w "Science Advances" są istotne dla zrozumienia, jak woda była rozmieszczona i jak ewoluowała w Układzie Słonecznym. Eksperci oceniają, że nawet 25 proc. międzyplanetarnego pyłu docierającego w pobliże Ziemi może pochodzić właśnie z pasa Kuipera. To oznacza, że nośniki informacji o najdawniejszych etapach rozwoju naszego systemu planetarnego mogą wciąż trafiać na Ziemię wraz z drobinami kosmicznego pyłu.