太陽系の端には、奇妙な形の酸素を含む水の埋蔵量が隠されています

場合によっては、何十億マイルも離れた場所にあるものを発見するために、宇宙船を送る必要はありません。地球に到達した塵の粒を注意深く観察するだけで十分です。それは、科学者のチームが成層圏で収集された微粒子を分析することによって達成したことです。その構成には予期せぬ手がかりが含まれています。 彼らは巨大な惑星を超えた領域から来ており、異常な比率の酸素同位体を含む水の貯留の痕跡を保存しています。 この発見は、 科学の進歩は、太陽系外縁部に重酸素を豊富に含む大量の水が存在することを示す、これまでで最も強力な証拠の一部を提供する。

発見の重要性を理解するには、秘密がなさそうな要素に立ち寄る必要があります。酸素には、同位体と呼ばれる異なるバージョンがあり、陽子の数は同じですが、中性子の数が異なります。 地球上で最も豊富なのは酸素16です。酸素 17 と酸素 18 もあり、これらはさらに 1 つと 2 つの中性子を含むため、より重くなっています。、それぞれ。これらはすべて安定で非放射性であり、同じ化学反応に関与しますが、その割合は、それらが形成された場所や条件によって異なります。

私たちが知っている水の中では、酸素 16 が優勢です。しかし、太陽系の誕生に関するモデルは、太陽系の最も遠い地域には、酸素 17 と酸素 18 が比較的豊富な水が存在した可能性があることを長い間示唆してきました。。困難は、その保留の明確な証拠を見つけることでした。隕石はいくつかの手がかりを提供しますが、それらは希少なサンプルであり、どの地域から来たのかを正確に判断できるとは限りません。

リンゼイ・ケラー率いる著者らは、惑星間塵に代替物質を探してきた。彼らは地球の成層圏で収集された12個の粒子を調べた。そこでは、大気中を通過しても生き残る粒子が宇宙から到着する。それらは単なる粒子ではなく、太陽からの高エネルギー粒子によって生成された高密度の微細な痕跡がありました。これらの足跡から、どれくらいの期間太陽放射にさらされているかを推定することができ、その豊富さにより、それらをエッジワース・カイパーベルト内の天体と関連付けることができます。、海王星を越えて広がる氷天体の領域。

分析の結果、調査した粒子には主に水和鉱物、つまり水と反応した物質が含まれていることが明らかになりました。その中には、特定の岩石材料が流体と接触したときに形成される粘土鉱物である層状珪酸塩も含まれていました。炭酸鉄と炭酸マグネシウムも登場しました。その組成と構造により、それらが形成された条件を再構築することができました。 鉱物材料、二酸化炭素、水の間の非常に低温での反応。

しかし、決定的な手がかりは同位体にありました。これらの鉱物の酸素組成を測定し、考えられる原料の酸素組成と比較することで、科学者たちは、反応に関与した水がどのような特性を持っているに違いないかを推定することができました。結果は、酸素17と酸素18の濃度が高いことを示しました。チームの計算によると、 元の水は、太陽系内部の物質の多くを特徴づける同位体組成とは大きく異なる同位体組成を持っていました。

ケラーのチームは、これらの粒子が提供するものであると主張しています。 「太陽系外縁部に重水の重要な貯留層が存在することの直接的な証拠」 内陸部の物質からはほとんど隔離されたままだったであろう。この表現は、宇宙に浮かぶ液体の水の塊を発見したという意味ではない。これは、氷に取り込まれた水と凍結した物体からの鉱物を指し、その組成はその埋蔵量の同位体信号を保存します。

この分離は、生まれたばかりの太陽系の構造に説明がある可能性があります。最初の数百万年間、太陽を取り囲むガスと塵の円盤は均一な組成を持っていませんでした。 紫外線は一酸化炭素分子を選択的に変化させ、一部の酸素同位体が最終的に水に取り込まれる可能性があります。 その後、巨大惑星の形成とその重力の影響により、外側領域と内側領域の間の物質の交換が制限される可能性があります。ケラーのチームはモデルの中で、土星がおそらく氷の巨大惑星とともに、その分離の維持に貢献しただろうと示唆している。

この発見の重要性は、特異な化学組成を特定するだけにとどまりません。水は、太陽系の惑星、彗星、その他の天体がどのように形成されたかを復元するための基本的な材料の 1 つです。それらの異なる同位体特徴を比較することで、物質の経路を追跡し、太陽に最も近い領域と最も遠い領域がどの程度混合しているかを知ることができます。この場合、最終的に地球に落下した少数の粒子が、そうでなければ研究が非常に困難だったであろう貯留層からの信号を保存しています。塵は、その大きさから想像できるよりもはるかに長い距離を移動してきました。そして、その組成には、太陽系の初期の化学的記憶が保たれています。つまり、水が単一のアイデンティティを持っておらず、むしろ水が形成された場所に応じて異なる痕跡を持っていた時代です。