ทฤษฎีใหม่อธิบายว่าโลกโบราณเปียกโชกไปอย่างไร

เมื่อโลกเกิดขึ้นครั้งแรกมันร้อนเกินไปที่จะเก็บน้ำแข็ง ซึ่งหมายความว่าน้ำทั้งหมดบนโลกของเราจะต้องมีต้นกำเนิดมาจากแหล่งต่างดาว

การศึกษาหินภาคพื้นดินโบราณแนะนำให้มีน้ำของเหลวอยู่บนโลกเร็วที่สุดเท่าที่ 100 ล้านปีหลังจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์ - ในทางปฏิบัติทันที 'ในช่วงเวลาทางดาราศาสตร์

น้ำนี้มีอายุมากกว่า 4.5 พันล้านปีได้รับการต่ออายุตลอดเวลาผ่านวัฏจักรน้ำของโลก ทีมวิจัยของฉันเพิ่งเสนอทฤษฎีใหม่เพื่ออธิบายว่าน้ำมาถึงโลกครั้งแรกได้อย่างไร

หลายพันล้านปีในการสร้าง

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ต่อสู้กับคำถามว่าน้ำมาถึงดาวเคราะห์น้อยของเรามานานหลายทศวรรษ หนึ่งในสมมติฐานที่เก่าแก่ที่สุดชี้ให้เห็นว่าน้ำของโลกเป็นผลพลอยได้โดยตรงจากการก่อตัวของดาวเคราะห์ซึ่งถูกปล่อยออกมาผ่านแมกมาในระหว่างการปะทุของภูเขาไฟซึ่งก๊าซที่ปล่อยออกมาส่วนใหญ่คือไอน้ำ

อย่างไรก็ตามสมมติฐานนี้พัฒนาขึ้นในปี 1990 หลังจากการวิเคราะห์องค์ประกอบน้ำของโลกและการค้นพบบทบาทที่เป็นไปได้ของดาวหางน้ำแข็งชี้ไปที่แหล่งกำเนิดต่างดาว

ดาวหางซึ่งเป็นส่วนผสมของน้ำแข็งและหินที่เกิดขึ้นในระยะไกลของระบบสุริยะบางครั้งก็ถูกไล่ออกไปยังดวงอาทิตย์ เมื่ออุ่นด้วยดวงอาทิตย์พวกเขาจะพัฒนาหางที่โดดเด่นของฝุ่นและก๊าซที่มองเห็นได้จากโลก ดาวเคราะห์น้อยตั้งอยู่ในเข็มขัดระหว่างและยังถูกเสนอให้เป็นต้นกำเนิดที่มีศักยภาพของน้ำโลก

การศึกษาหินดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อยผ่านอุกกาบาต - ชิ้นส่วนเล็ก ๆ ของร่างกายเหล่านี้ที่ตกลงมาสู่โลกได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญ

โดยการวิเคราะห์อัตราส่วน d/h- สัดส่วนของไฮโดรเจนหนัก (ดิวเทอเรียม) กับไฮโดรเจนมาตรฐาน - นักวิทยาศาสตร์พบว่าน้ำของโลกนั้นตรงกับดาวเคราะห์น้อย 'คาร์บอน' ซึ่งมีร่องรอยของน้ำในอดีต สิ่งนี้เปลี่ยนจุดสนใจของการวิจัยไปสู่ดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้

การศึกษาล่าสุดมีศูนย์กลางที่การระบุกลไกท้องฟ้าที่สามารถส่งดาวเคราะห์น้อยที่อุดมไปด้วยน้ำเหล่านี้ไปยังพื้นผิวแห้งของโลกต้น ทฤษฎีจำนวนมากได้เกิดขึ้นเพื่ออธิบาย 'การก่อกวน' ของดาวเคราะห์ - ร่างกายขนาดใหญ่และน้ำแข็งในเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยและ Kuiper

สถานการณ์เหล่านี้เสนอปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงที่ปลดวัตถุเหล่านี้ส่งพวกเขาพุ่งเข้าหาโลก เหตุการณ์ดังกล่าวจะต้องใช้กระบวนการ 'บิลเลียดแรงโน้มถ่วงที่ซับซ้อนซึ่งแนะนำประวัติความวุ่นวายของระบบสุริยะ

ในขณะที่เห็นได้ชัดว่าการก่อตัวของดาวเคราะห์เกี่ยวข้องกับความวุ่นวายและผลกระทบที่สำคัญ แต่ก็เป็นไปได้ว่าการส่งน้ำของโลกเกิดขึ้นในลักษณะที่เป็นธรรมชาติและน่าทึ่งน้อยลง

สมมติฐานที่ง่ายกว่า

ฉันเริ่มต้นด้วยการสันนิษฐานว่าดาวเคราะห์น้อยโผล่ออกมาจากรังไหมก่อตัวของพวกเขาหรือที่รู้จักกันในชื่อดิสก์ดาวเคราะห์ รังไหมนี้เป็นดิสก์ที่อุดมด้วยไฮโดรเจนขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยฝุ่นที่ซึ่งดาวเคราะห์และสายพานเริ่มต้น มันห่อหุ้มระบบดาวเคราะห์ที่เพิ่งตั้งขึ้นใหม่ทั้งหมด

เมื่อรังไหมป้องกันนี้หายไป - หลังจากไม่กี่ล้านปี - ดาวเคราะห์น้อยอุ่นขึ้นทำให้น้ำแข็งละลายหรือแม่นยำยิ่งขึ้น ในอวกาศที่ความดันเกือบเป็นศูนย์น้ำยังคงอยู่ในรูปแบบไอหลังจากกระบวนการนี้

จากนั้นดิสก์ของไอน้ำจะถูกทับบนเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยโคจรรอบดวงอาทิตย์ ในขณะที่น้ำแข็งอ่อนตัวลงดิสก์จะเต็มไปด้วยไอซึ่งแพร่กระจายเข้าสู่ดวงอาทิตย์เนื่องจากกระบวนการไดนามิกที่ซับซ้อน ระหว่างทางดิสก์ไอนี้พบกับดาวเคราะห์ชั้นในโดยดื่มด่ำกับ 'อาบน้ำ' ชนิดหนึ่ง

ในทางใดทางหนึ่งดิสก์ 'น่านน้ำ' ดาวเคราะห์บก: ดาวอังคาร, โลก,และ- การดักจับน้ำส่วนใหญ่เกิดขึ้น 20 ถึง 30 ล้านปีหลังจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์ในช่วงเวลาที่ความส่องสว่างของดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงเวลาสั้น ๆ เพิ่มอัตราการลดลงของดาวเคราะห์น้อย

เมื่อน้ำถูกจับด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์แล้วกระบวนการจำนวนมากก็สามารถเกิดขึ้นได้

อย่างไรก็ตามในโลกกลไกการป้องกันทำให้มั่นใจได้ว่ามวลน้ำทั้งหมดยังคงค่อนข้างคงที่ตั้งแต่สิ้นสุดระยะเวลาการจับจนถึงทุกวันนี้ หากน้ำสูงเกินไปในชั้นบรรยากาศมันจะควบแน่นเป็นเมฆซึ่งในที่สุดก็กลับสู่พื้นผิวเป็นฝน - กระบวนการที่เรียกว่าวัฏจักรของน้ำ

ปริมาณน้ำบนโลกทั้งในอดีตและปัจจุบันมีการบันทึกไว้เป็นอย่างดี แบบจำลองของเราซึ่งเริ่มต้นด้วยการกำจัดน้ำแข็งจากเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยดั้งเดิมประสบความสำเร็จในการสร้างปริมาณน้ำที่จำเป็นในการสร้างมหาสมุทรแม่น้ำและทะเลสาบและแม้แต่น้ำที่ฝังอยู่ลึกเข้าไปในเสื้อคลุมของโลก

การวัดที่แม่นยำของอัตราส่วน d/h ของน้ำในมหาสมุทรก็สอดคล้องกับแบบจำลองของเรา นอกจากนี้แบบจำลองยังอธิบายปริมาณน้ำที่มีอยู่ในอดีตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น - และแม้แต่บน-

คุณอาจสงสัยว่าฉันมาถึงทฤษฎีใหม่นี้ได้อย่างไร มันเกิดจากการสังเกตเมื่อไม่นานมานี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ทำกับแอลมาอาเรย์กล้องโทรทรรศน์วิทยุของเสาอากาศกว่า 60 ตัวตั้งอยู่ในชิลีบนที่ราบสูงห้ากิโลเมตรจากระดับน้ำทะเล

การสังเกตระบบ extrasolar ที่มีเข็มขัดคล้ายกับเข็มขัด Kuiper เปิดเผยว่า Planetesimals ในสายพานเหล่านี้ sublimate carbon monoxide (CO) สำหรับเข็มขัดที่อยู่ใกล้กับดาวของพวกเขาเช่นเข็มขัดดาวเคราะห์น้อย CO มีความผันผวนเกินกว่าที่จะมีอยู่และน้ำมีแนวโน้มที่จะถูกปล่อยออกมา

การสร้างแบบจำลอง

มันมาจากการค้นพบเหล่านี้ว่าความคิดเริ่มต้นสำหรับทฤษฎีเริ่มเป็นรูปเป็นร่าง ยิ่งไปกว่านั้นข้อมูลล่าสุดจากภารกิจ Hayabusa 2 และ Osiris-Rex ซึ่งสำรวจดาวเคราะห์น้อยคล้ายกับที่อาจมีส่วนร่วมในการก่อตัวของดิสก์ไอน้ำเริ่มต้นให้การยืนยันที่สำคัญ

ภารกิจเหล่านี้พร้อมกับการสังเกตที่ยาวนานจากกล้องโทรทรรศน์บนพื้นดินเผยให้เห็นแร่ธาตุที่มีความชุ่มชื้นจำนวนมากในดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้-เครื่องวัดที่สามารถเกิดขึ้นได้ผ่านการสัมผัสกับน้ำเท่านั้น สิ่งนี้สนับสนุนหลักฐานที่ว่าดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้เป็นน้ำแข็งในตอนแรกแม้ว่าส่วนใหญ่จะสูญเสียน้ำแข็ง (ยกเว้นร่างกายขนาดใหญ่เช่นเซเรส)

ด้วยรากฐานของแบบจำลองในสถานที่ขั้นตอนต่อไปคือการพัฒนาการจำลองเชิงตัวเลขเพื่อติดตามการกำจัดน้ำแข็งการกระจายตัวของไอน้ำและการจับตัวของดาวเคราะห์ในที่สุด

ในระหว่างการจำลองเหล่านี้เป็นที่ชัดเจนว่าแบบจำลองสามารถอธิบายถึงน้ำประปาของโลกได้ การวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับปริมาณน้ำที่ผ่านมาสำหรับดาวอังคารและดาวเคราะห์โลกอื่น ๆ ยืนยันว่าการบังคับใช้ของแบบจำลองนั้นมีผลเช่นกัน มันพอดีและผลลัพธ์ก็พร้อมสำหรับการตีพิมพ์!

ในฐานะนักวิจัยมันไม่เพียงพอที่จะออกแบบแบบจำลองที่ใช้งานได้และดูเหมือนจะอธิบายทุกอย่าง ทฤษฎีจะต้องทดสอบในระดับที่ใหญ่ขึ้น ในขณะที่ตอนนี้มันเป็นไปไม่ได้ที่จะตรวจจับดิสก์ไอน้ำเริ่มต้นที่ 'รดน้ำ' ดาวเคราะห์บกเราสามารถมองไปที่ระบบ extrasolar ที่มีเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยรุ่นเยาว์เพื่อดูว่ามีดิสก์ไอน้ำดังกล่าวอยู่หรือไม่

ตามการคำนวณของเราดิสก์เหล่านี้แม้ว่าจะเป็นลมก็ควรตรวจพบได้ด้วย ALMA ทีมงานของเราเพิ่งมีเวลาที่แอลมาเพื่อตรวจสอบระบบเฉพาะสำหรับหลักฐานของพวกเขา

เราอาจจะเป็นรุ่งอรุณของยุคใหม่ในการทำความเข้าใจต้นกำเนิดของน้ำโลก

Quentin Kralนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่หอสังเกตการณ์ Paris-PSL, CNRS, Sorbonne University,มหาวิทยาลัยปารีสCité

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ซ้ำจากบทสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-