Rumteleskop registrerer vand i en række asteroider

Ved at bruge den infrarøde satellit AKARI, et japansk forskerhold har for første gang opdaget eksistensen af ​​vand i form af hydrerede mineraler i en række asteroider. Denne opdagelse vil bidrage til forståelsen af ​​fordelingen af ​​vand i solsystemet, udviklingen af ​​asteroider, og vandets oprindelse på Jorden.

Resultaterne blev gjort af holdet ledet af projektassistentprofessor Fumihiko Usui (Graduate School of Science, Kobe Universitet), Associeret seniorforsker Sunao Hasegawa, Aerospace Project Research Associate Takafumi Ootsubo (Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency), og professor emeritus Takashi Onaka (Graduate School of Science, Tokyo Universitet). Resultaterne blev offentliggjort den 17. december i online Advanced Access-udgaven af Publikationer fra Astronomical Society of Japan .

Jorden er en vandplanet, og er den eneste planet i solsystemet, hvor tilstedeværelsen af ​​vand på planetens overflade er blevet bekræftet. Vi er, imidlertid, endnu ikke sikker på, hvordan Jorden erhvervede vand. Nylige undersøgelser har vist, at andre himmellegemer i solsystemet har, eller plejede at have, vand i en eller anden form. Asteroider er blandt de kandidater, der bragte vand til Jorden. Bemærk, at flydende vand ikke strømmer på overfladen af ​​asteroider, men vand tilbageholdes i asteroider som hydrerede mineraler produceret af kemiske reaktioner af vand og vandfri sten. Disse reaktioner fandt sted inde i asteroiderne i en proces med vandig ændring. Hydrerede mineraler er stabile selv over sublimeringstemperaturen for vandis. Dermed, ved at lede efter hydrerede mineraler, vi kan undersøge, om asteroider har vand.

Infrarøde bølgelængder indeholder karakteristiske spektrale træk ved forskellige stoffer, inklusive molekyler, is og mineraler, som ikke kan observeres ved synlige bølgelængder. Derfor, det er nødvendigt at observere ved infrarøde bølgelængder for at studere objekter i solsystemet. Hydrerede mineraler udviser diagnostiske absorptionsegenskaber ved omkring 2,7 mikrometer. Absorptionen af ​​vanddamp og kuldioxid i den terrestriske atmosfære forhindrer os i at observere denne bølgelængde med jordbaserede teleskoper. Det er derfor nødvendigt at foretage observationer uden for atmosfæren, i rummet. Imidlertid, der har været få observationer med rumbårne teleskoper; det infrarøde rumobservatorium (ISO), lanceret i 1995, ikke havde en tilstrækkelig følsomhed til at lave spektroskopi af svage asteroider og Spitzer Space Telescope, lanceret i 2003, havde ikke en dækning af dette bølgelængdeområde. Af denne grund, det er ikke fuldt ud forstået, hvor meget vand der er indeholdt i asteroider.

Den japanske infrarøde satellit AKARI, lanceret i februar 2006, var udstyret med det infrarøde kamera (IRC), der gjorde det muligt for forskere at opnå spektre ved nær-infrarøde bølgelængder fra to til fem mikrometer. Ved at bruge denne unikke funktion, de spektroskopiske observationer af 66 asteroider (figur 1) blev udført, og deres nær-infrarøde spektre blev opnået. Dette giver den første mulighed for at studere funktionerne ved hydrerede mineraler i asteroider på omkring bølgelængden på 2,7 mikrometer.

Observationerne påviste absorption, som blev tilskrevet hydrerede mineraler for 17 C-type asteroider (figur 2). C-type asteroider, som virker mørke ved synlige bølgelængder, menes at være rige på vand og organisk materiale, men de nuværende observationer med AKARI er de første til at bekræfte tilstedeværelsen af ​​hydrerede mineraler i disse asteroider. Absorptionsstyrken detekteret ved omkring 2,7 mikrometer varierer for hver asteroide, og nogle viser absorptionsegenskaber af andre stoffer, såsom vandis og ammoniakrigt materiale på omkring 3,1 mikrometer.

Når man undersøger C-type asteroiderne mere detaljeret, forskerholdet opdagede en klar sammenhæng mellem bølgelængden af ​​den dybeste absorption og dybden af ​​absorptionen for 2,7 mikrometer-funktionen (figur 3). Dette viser en tendens, der ses i processen, hvor hydrerede mineraler bliver varmet op og gradvist taber vand. Opvarmningsenergien kunne leveres af solvindplasmaet, mikrometeoritnedslag, eller henfaldsvarmen fra radioaktive isotoper i klipperne. Denne tendens var blevet forudsagt af meteoritmålinger, men det er første gang, at det er blevet bekræftet i asteroider. Mange C-type asteroider viser denne tendens, tyder på, at C-type asteroider blev dannet ved agglomeration af klipper og vandis, derefter skete vandig ændring i det indre af asteroider for at danne hydrerede mineraler, og endelig blev C-type asteroider opvarmet og dehydreret.

På den anden side, stenede S-type asteroider blev anset for ikke at indeholde vand, i modsætning til C-type asteroider. I nærværende undersøgelse, hydrerede mineraler blev ikke påvist i de fleste S-typer, men det blev for nylig opdaget, at der er ekstraordinære tilfælde af nogle få asteroider, der viser små tegn på hydrerede mineraler. Tegnene på vand fundet i sådanne S-type asteroider blev sandsynligvis ikke genereret af vandig ændring som i C-typer, men blev produceret af kollisioner af andre hydrerede asteroider, det er, det er den eksogene oprindelse, der medførte de hydrerede mineraler. Asteroidekollisioner forekommer lejlighedsvis. På det tidlige stadie af solsystemets dannelse, en række små kroppe inklusive asteroider var større end i dag, og kollisionshændelser må have været hyppigere. Fra det faktum, at Jorden ville have oplevet kollisioner med mange asteroider, man forestiller sig, at i det mindste en vis mængde vand på Jorden blev bragt fra asteroider ved sådanne kollisioner.

Denne undersøgelse har bekræftet tilstedeværelsen af ​​vand i asteroider. Spektre af de observerede asteroider viser almindelige mønstre. Størrelsen og afstanden fra solen kan betragtes som vigtige faktorer i forskellene mellem spektre. For fuldt ud at forstå de observerede mønstre, det er nødvendigt at akkumulere observationer af flere asteroider, samt at sammenligne fund med måling af meteoritter indsamlet på Jorden. Dr. Usui siger, "Ved at løse dette puslespil, vi kan tage et væsentligt skridt hen imod at identificere kilden til Jordens vand og afsløre hemmeligheden om, hvordan livet begyndte på Jorden."

AKARI afsluttede sin operation i november 2011. For den næste mulighed for at udføre spektroskopi i 2,7 mikrometer bølgelængde med et rumbåret teleskop, forskere bliver nødt til at vente, indtil NASAs opsendelse af James Webb Space Telescope, planlagt i 2021.

I øjeblikket, den japanske asteroideforsker Hayabusa2 og den amerikanske OSIRIS-REx undersøger asteroiderne Ryugu og Bennu, henholdsvis. Hver opdagelsesrejsende har mulighed for at foretage målinger i området 2,7 mikrometer for at lede efter vandets signatur. In-situ observationer af asteroider med rumfartøjer kan give detaljerede oplysninger om kratere og topografi, aspekter, som jordbaserede og jordkredsende teleskoper ikke kan afsløre. De nuværende resultater øger markant de videnskabelige værdier af data opnået af opdagelsesrejsende og forstår egenskaberne af asteroiderne Ryugu og Bennu i detaljer.