Как Юпитер и Луна влияют на нашу жизнь | Наука и технология

Изотопные свойства соединения можно использовать для изучения его происхождения и эволюции, и мы можем применить этот метод для изучения происхождения воды на Земле. Итак, что мы знаем о воде на нашей планете? Во-первых, нет другого места, кроме Земли. в Солнечной системе Или сверх того, мы точно знаем, что он содержит жидкую воду.

Мы знаем, что есть снег из воды на Луне и на Европе и Энцеладе (спутниках Юпитера и Сатурна соответственно), или на кометах типа 67P/Чурямова-Герасименко. Мы также знаем о наличии водяного пара в холодных вулканах на этих спутниках и в межзвездной среде, особенно вблизи областей, где формируются звезды. Так одинаковы ли все эти воды — имеют ли они одинаковый изотопный состав?

Как это бывает, в происхождении есть парадокс вода на земле. Среда, в которой возникли Солнце и Земля, была довольно сухой, несмотря на то, что вода является одним из самых распространенных соединений в областях звездообразования, где эволюционировали Солнце и Земля. На самом деле, согласно научному моделированию, твердые планеты, такие как Земля, появились в районе Солнечной системы вблизи Солнца. Здесь высокая температура предотвратила формирование атмосферы, в которой вода могла выйти из газообразного состояния. Таким образом, образование воды избежало гравитационной силы планеты.

Присутствие углерода, другой основы жизни на Земле, также содержит парадокс. Углерод является четвертым по распространенности элементом во Вселенной после водорода, гелия и кислорода и вторым по распространенности элементом в наших телах (почти 20% массы нашего тела составляет углерод). Однако углерода на Земле в десять раз меньше, чем во Вселенной в целом.

Однако какое значение здесь имеет углерод?

Ну а небольшая часть (около 5%) метеоритов, достигающих сегодня нашей планеты, имеют высокое содержание углерода. Их называют углистыми хондритами, и, что интересно, они также содержат значительное количество воды. Это означает, что он должен был образоваться в регионах, далеких от Солнца, за пределами так называемой «линии замерзания», где температура уже была значительно ниже той, которая в ранней Солнечной системе позволяла образовываться воде, метану или аммиачному льду. . Это одна из причин, почему предполагается, что вода достигла Земли, бомбардируя эти метеориты в период, когда Земля уже остыла с момента ее образования.

На самом деле, другой вопрос, когда вода прибыла. Есть свидетельства того, что он существовал на нашей планете 4,4 миллиарда лет назад, чуть более 100 миллионов лет после его образования, когда температура поверхности нашей планеты была достаточно низкой, чтобы вода могла замерзнуть. Это свидетельство основано на изучении некоторых минералов, таких как циркон, который хорошо противостоит геологическим изменениям и работе атмосферы, давая нам информацию о происхождении, но не столько об эволюции воды на Земле.

Изучение «изотопного изобилия» воды, обнаруженной в углеродистых хондритах, по крайней мере, в таких древних, как сама Солнечная система, дает результаты, очень похожие на результаты в земной воде. В частности, обычно исследуется количество дейтерия по сравнению с протием, поскольку соотношение этих изотопов к земной воде очень похоже на хондриты вблизи Юпитера, некоторые из астероида Веста. дальше (например, в кометах из дальних пределов для Солнечной системы), содержание дейтерия намного выше, и он встречается в так называемом облаке Оорта.

Так какое же отношение Юпитер и Луна имеют ко всей истории воды на Земле? В случае Юпитера его воздействие на материю связано с его интенсивным гравитационным влиянием в Солнечной системе, которое смещает орбиты многих астероидов. Некоторые эволюционные модели предполагают, что в какой-то момент истории Солнечной системы Юпитер, возможно, не имел такой же орбиты, как сегодня, — вместо этого он мог быть ближе к Солнцу, прежде чем мигрировать к своему нынешнему положению. В этом путешествии Юпитер должен был сметать по пути объекты, которые, в свою очередь, могли бы массово запускаться на внутренние орбиты ближе к Солнцу, достигая таким образом Земли. Это известно как «поздняя массированная бомбардировка», о чем свидетельствует, например, концентрация метеорных ударов на Луне около 3,9 миллиарда лет назад.

Вот где роль Луны вступает в игру. Чтобы понять это, мы должны вернуться к изучению изотопов, но на этот раз речь идет о молибдене, который является очень редким элементом. Молибден — это металл с 42 протонами (для сравнения, у железа их 26) и десятками изотопов. Получается, что относительное обилие этих изотопов на Земле находится посредине наблюдаемого обилия углистых хондритов и хондритов из дальних уголков Солнечной системы.

Учитывая, что молибден более плотный, чем железо (небольшой кубический сантиметр этого металла весит 10 граммов по сравнению с семью граммами, если это было железо, и одним граммом, если это была вода), и что большая часть железа на нашей планете по своей природе , не было бы Странно думать, что молибден, достигший Земли в начале ее истории, погрузился в ядро ​​Земли. Поверхностный молибден в земной коре или верхней мантии мог иметь более позднее происхождение, и его изотопный состав указывает на регионы, где много углерода и воды. Время связывает прибытие молибдена и воды с влиянием Тейи, протопланеты, которая вызвала образование Луны после ее столкновения с Землей 4,5 миллиарда лет назад, смешав большую часть своего материала с мантией Земли. Согласно этим «исследованиям молибдена», Тейя должна быть планетой, происходящей не из области каменистых планет, а из области газообразных планет (Юпитер, Сатурн) и/или ледяных планет (Уран и Нептун), которые заполнены с водой.

Таким образом, хотя данные не являются окончательными, возможно, что планетарная катастрофа, вызванная Тейей, с последующим образованием Луны, возможно, при посредничестве Юпитера, оказала основное влияние на возникновение жизни по нескольким причинам, включая представление большей части вода, присутствующая сегодня на Земле, наша планета.

Таким образом, когда мы испытываем жажду, давайте подумаем, что наша жизнь может быть больше связана со звездами, чем мы думаем, и что помимо звездной пыли мы являемся продуктом борьбы гигантов.