ความคิดที่ว่าดาวหางส่งน้ำมายังโลกยุคแรกเริ่มไม่ได้รับความนิยมในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา แต่เป็นรูปลักษณ์ใหม่ของข้อมูลจากภารกิจของ Rosetta (ESA) ไปยังดาวหาง "rubber ducky" อันโด่งดังได้เปิดความเป็นไปได้อีกครั้ง
น้ำมีส่วนประกอบทางเคมีที่ค่อนข้างเรียบง่าย โดยมีเพียง 3 อะตอม (ไฮโดรเจน 2 ตัวและออกซิเจน 1 ตัว) ในแต่ละโมเลกุล นอกจากนี้ยังเป็นหนึ่งในโมเลกุลที่มีความอุดมสมบูรณ์มากที่สุดในโลก โดยมหาสมุทรของโลกของเราเต็มไปด้วยของเหลวประมาณหนึ่งล้านล้านล้านตัน
ทั้งหมดนี้ได้อย่างไรลงเอยยังโลกแต่ยังคงเป็นปริศนา นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าแม้ว่ากระบวนการทางธรณีวิทยาของโลกอาจก่อให้เกิดส่วนเพียงเล็กน้อย แต่น้ำส่วนใหญ่ก็มีแนวโน้มที่จะสะสมอยู่หรือผ่านการชนกันอย่างหายนะซ้ำแล้วซ้ำเล่า
การพิจารณาว่ากลุ่มใดในสองกลุ่มนี้ที่รับผิดชอบนั้นเกี่ยวข้องกับลักษณะทางเคมีพิเศษที่เกิดขึ้นเนื่องจากไฮโดรเจนในน้ำเกิดขึ้นในไอโซโทปหรือรูปแบบที่แตกต่างกันสองแบบ ในขณะที่อะตอมไฮโดรเจนส่วนใหญ่มีโปรตอนเพียงตัวเดียวในนิวเคลียส แต่เศษส่วนเพียงเล็กน้อยจะมีนิวตรอนเพิ่มขึ้น ลายเซ็นทางเคมีเกี่ยวข้องกับการวัดปริมาณของไอโซโทปไฮโดรเจนที่หนักกว่านี้เรียกว่าดิวเทอเรียม โดยสัมพันธ์กับรูปแบบที่เบากว่าและสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นปริมาณที่เรียกว่าอัตราส่วนดิวทีเรียมต่อไฮโดรเจนหรือ D/H
“D/H ในน้ำบอกเราว่าน้ำแข็งก่อตัวที่อุณหภูมิเท่าใด และจากอุณหภูมิดังกล่าว ดาวหางก่อตัวจากดวงอาทิตย์ไกลแค่ไหน”แคธลีน มานท์, นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่และผู้เขียนที่เกี่ยวข้องของการศึกษาใหม่ที่อธิบายการวิเคราะห์ซ้ำบอกกับ WordsSideKick.com ทางอีเมล ยิ่งค่า D/H ต่ำ ก็ยิ่งอยู่ห่างจากดาวเคราะห์น้อยหรือดาวหางถือกำเนิดขึ้น
ที่เกี่ยวข้อง:
การวิจัยในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าอัตราส่วน D/H ของโลกมีความคล้ายคลึงกับอัตราส่วนของดาวเคราะห์น้อยหลายๆ ดวงและมีอัตราส่วนเพียงไม่กี่ดาวหางในตระกูลดาวพฤหัสบดี— กลุ่มดาวหางที่โคจรผ่านดวงอาทิตย์ประมาณทุกๆ 20 ปี และเส้นทางถูกปรับเปลี่ยนตามแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดี
แต่ค่า D/H ของดาวหาง "rubber ducky" 67P/Churyumov-Gerasimenko ซึ่งระบุในการศึกษาเมื่อปี 2558 ได้ยุติกรณีของดาวหางไปแล้ว เฉลี่ยมากกว่า 150 การวัดที่รวบรวมโดย ESAภารกิจโรเซตตาระหว่างการพบปะของยานอวกาศกับดาวหาง 67P ในปี 2014 ค่า D/H อยู่ที่ประมาณ 3 เท่าของโลก นักวิจัยตีความสิ่งนี้เป็นหลักฐานว่าดาวหางไม่น่าจะส่งน้ำมายังโลกได้มากนัก
ผลลัพธ์ที่ได้น่าประหลาดใจ Mandt กล่าว เนื่องจากค่า D/H สูงกว่าค่าของดาวหางในตระกูลดาวพฤหัสอื่นๆ มาก นอกจากนี้ "ดาวหางควรมี CO [คาร์บอนมอนอกไซด์] และ N2 [ไนโตรเจน] มากกว่าที่ Rosetta วัดได้ เนื่องจากน้ำแข็งเหล่านี้ก่อตัวที่อุณหภูมิที่เย็นมากด้วย" เธอกล่าวเสริม
เพื่อทำความเข้าใจอัตราส่วน D/H ของดาวหาง 67P ที่สูงอย่างเห็นได้ชัด Mandt และนักดาราศาสตร์คนอื่นๆ จากสถาบันวิจัยในสหรัฐฯ ฝรั่งเศส และสวิตเซอร์แลนด์ จึงตัดสินใจรวมชุดข้อมูล Rosetta ทั้งหมดเข้าด้วยกัน โดยใช้เทคนิคทางสถิติที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่พัฒนาโดยเจค็อบ ลัสติก-เยเกอร์จากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ Johns Hopkins ทีมงานระบุสัญญาณที่มาจากโมเลกุลของน้ำที่มีดิวทีเรียมเท่านั้น ทำให้สามารถเปรียบเทียบการวัดได้ประมาณ 4,000 D/H
นักวิจัยพบว่าค่า D/H แปรผันอย่างมากตามแกนยาวของดาวหาง โดยค่าสูงสุดจะอยู่ใกล้กับ "นิวเคลียส" ซึ่งเป็นส่วนที่เป็นหินซึ่งมีลักษณะคล้ายเป็ดยาง และลดลงตามหาง
ความแปรผันดังกล่าวน่าจะเกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในดาวหาง นักวิจัยเขียนไว้ในการศึกษาของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 13 พฤศจิกายนในวารสาร Science Advances เมื่อดาวหางเข้าใกล้พื้นผิวของดาวหางอุ่นขึ้น ซึ่งปล่อยก๊าซพร้อมกับอนุภาคฝุ่นที่เคลือบด้วยน้ำแข็งออกสู่อาการโคม่า (รัศมีที่พัฒนารอบนิวเคลียส) ก่อนหน้านี้ การศึกษาในห้องปฏิบัติการที่ไม่เกี่ยวข้องได้แสดงให้เห็นว่าน้ำแข็งที่มีดิวเทอเรียมมีแนวโน้มที่จะเกาะติดกับฝุ่นละอองมากกว่าน้ำแข็งปกติ นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าเม็ดฝุ่นดังกล่าวเมื่อเข้าสู่อาการโคม่าสามารถทำให้เกิดค่า D/H สูงที่บันทึกไว้ที่นั่นได้
อย่างไรก็ตาม นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าอนุภาคฝุ่นที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสประมาณ 120 กิโลเมตรจะแห้งสนิท ซึ่งหมายความว่าพวกมันไม่มีน้ำแข็งที่อุดมด้วยดิวเทอเรียมที่สามารถสร้างค่า D/H สูงอย่างน่าประหลาดใจ ผู้เขียนใช้เฉพาะข้อมูลที่รวบรวมได้จากระยะนี้เท่านั้น โดยคำนวณว่าค่า D/H ที่แท้จริงของดาวหาง 67P มีค่าเพียง 1.5 เท่าของโลก
ค่า D/H ที่แก้ไขแล้วหมายความว่า "ดาวหางทุกตระกูลดาวพฤหัสที่เราสามารถวัดได้จะมี D/H ใกล้กับน้ำบนโลก D/H" Mandt กล่าว นี่ก็หมายความว่าดาวหางมีบทบาทสำคัญมากกว่ารองในการชลประทานโลก นอกจากนี้ เธอยังเสริมอีกว่า ค่า D/H ที่ต่ำกว่าบ่งชี้ว่าดาวหาง 67P เกิดมาใกล้กับดวงอาทิตย์มากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คิดไว้ก่อนหน้านี้
