Věčná záhada (2): Odkud se vzala voda na Zemi?

Jak jsme zmínili v předchozí části článku, v současné době se vědci nejvíce přiklánějí k možnosti, že vodu dopravily na Zemi z velké části planetky a částečně se na tomto procesu možná podílely některé komety. Ty obsahují kromě vody rovněž elementy jako čpavek, metanol či oxid uhličitý, které mohly po dopadu na mladou Zemi v hojné míře obohatit její prostředí. Dodaly by tak potřebné ingredience a energii pro tvorbu aminokyselin a nastartovaly by vznik života.

Přinesly ji komety?

Astronom Fred Whipple (1906–2004) si představoval komety jako „špinavé sněhové koule“. Podle některých modelů obsahují jejich jádra asi 40 % vodního ledu, 50 % tvoří pevné částice a v 10 % jde o jiné těkavé látky (ledy z oxidu uhličitého a uhelnatého, čpavku a metanu, dále kyanidy, formaldehyd a další). Při průletu sondy Giotto kolem Halleyovy komety se na straně osvětlené Sluncem podařilo pozorovat gejzíry tryskajících plynů. Materiál unikající z tělesa sestával z 80 % z vody, z 10 % z oxidu uhelnatého, 2,5 % představovala směs metanu a amoniaku a zbytek tvořily další uhlovodíky. 

Většina vlasatic má podle dosavadních průzkumů odlišné složení izotopů vodíku než pozemská voda. Tyto komety tedy pocházejí z oblasti Sluneční soustavy, odkud jejich dřívější kolegyně vodu na Zemi nepřinesly. Nicméně zatím existuje jedna výjimka. Výzkum komety 103P/Hartley vedl k závěru, že vodu mohly na naši planetu dopravit komety z Kuiperova pásu, které v počátcích vývoje našeho solárního systému – v období pozdního velkého bombardování – dopadaly na Zemi a přispěly k vytvoření našich zásob životodárné tekutiny. Zmíněná vlasatice je zajímavá i tím, že se její jádro nejspíš vytvořilo slepením dvou jader vzniklých v různých vzdálenostech od Slunce. Jedna část přitom obsahuje více vody než druhá. Vzhledem k tvaru dostalo jádro tělesa 103P/Hartley přezdívku „psí kost“.

Tým astronomů ESA objevil na základě studia dat z infračervené kosmické observatoře Herschel Space Observatory u této komety stejné izotopové složení, jaké mají pozemské oceány. Ukazuje se, že vlasatice mohly hrát v dopravě vody na naši planetu významnou roli. Dnes pokrývá nepostradatelná tekutina více než 70 % zemského povrchu. Naše planeta však byla v době svého vzniku velmi žhavá, takže se na ní voda nevyskytovala a musela se na její povrch dostat při kosmických srážkách, jež zahrnovaly jak kolize s kometami, tak impakty planetek. I když je 103P/Hartley zatím jedinou známou kometou s izotopovým složením vody, jaké nacházíme na Zemi, nemůžeme ze hry vyloučit ani další podobná tělesa.

Mohou za to planetky?

Otázka, zda byly zdrojem vody na Zemi komety, či planetky, zaměstnává astronomy už dlouhou dobu. Nedávno zazněl na základě analýzy složení meteoritů názor, že pozemská voda nepochází z vnějších oblastí Sluneční soustavy, ale pravděpodobněji se k nám dostala s planetkami.

Meteority známé jako uhlíkaté chondrity zřejmě dopravily na Zemi vodu a další těkavé látky, jako dusík, uhlík či vodík. Aby astronomové z Carnegie Institution for Science ve Washingtonu zjistili, zda byly mateřskými tělesy uhlíkatých chondritů komety, či planetky, měřili množství deuteria – těžkého izotopu vodíku – v 86 vzorcích chondritů nalezených na naší planetě.

Čím dále od Slunce objekt vznikal, tím více deuteria obsahuje. Chondrity, které astronomové zkoumali, zahrnovaly podstatně méně deuteria než komety, což signalizuje, že mají pravděpodobně původ blíže k centrální hvězdě než vlasatice z mrazivých oblastí vnější části našeho solárního systému. „Chondrity asi vznikaly v hlavním pásu planetek, který se rozkládá v širokém prostoru mezi drahami Marsu a Jupitera,“ vysvětluje astronom Conel Alexander. Navzdory tomuto objevu však zůstává určení přesného místa, kde se chondrity zrodily, mimořádně těžkou, otevřenou otázkou.

Zásobárny na asteroidech

Přítomnost vodního ledu na planetkách může být mnohem četnější, než jsme donedávna předpokládali. Vyplývá to z nové studie dvou vědeckých týmů. Nejnověji máme k dispozici důkazy o přítomnosti vodního ledu a organických molekul na tělese 65 Cybele. „Nové objevy naznačují, že tato oblast Sluneční soustavy obsahuje mnohem víc vodního ledu, než jsme si mysleli,“ vysvětluje Humberto Campins z University of Florida, „přičemž to podporuje teorii, že planetky mohly v dávné minulosti při srážkách se Zemí dopravit na naši planetu značné množství drahocenné tekutiny a položit zde základní kameny pro vznik a vývoj života.“

Pomocí dalekohledu NASA nesoucího název ITF, jenž se nachází na Mauna Kea, se v roce 2009 podařilo zjistit, že rovněž povrch planetky 24 Themis zcela pokrývá led. Vědci tam také detekovali přítomnost organických molekul.

Trpasličí planeta Ceres je s průměrem 950 km největším objektem hlavního pásu planetek. Avšak teprve nedávno, na základě výzkumu kosmické observatoře Herschel v oboru infračerveného záření, u ní astronomové zaznamenali přítomnost vodní páry uvolňované z povrchu pokrytého ledem. Nyní se předpokládá, že až 25 % její hmotnosti může představovat voda.

Nejnovější výsledky

Analýza komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko uskutečněná evropskou sondou Rosetta naznačuje, že naše oceány netvoří voda z těchto těles. Na základě průzkumu oblaků vodní páry, které obklopují jádro zmíněné komety, určila Rosetta poměr vodíku a jeho těžší formy – deuteria – a zjistila, že je třikrát vyšší než v případě pozemské vody. Jedná se o významný objev, protože voda na Zemi je životně důležitá pro naši existenci, a přesto dosud neznáme její původ.

Některé teorie předpokládají, že přibližně třetinu z jejího celkového množství přinesly na naši planetu komety. Z toho lze usoudit, že izotopické složení vody, tj. poměr obyčejného (H) a těžkého (D) vodíku, bude na Zemi i u vlasatic podobný, ne-li přímo stejný. O to větší překvapení nám 67P/Čurjumov-Gerasimenko připravila. Uvedené nové informace posilují roli planetek jako hlavního dopravce vody na naši planetu, protože na rozdíl od komet se složení vody valné většiny dosud zkoumaných asteroidů podobá tomu pozemskému.

Na základě záznamu tvorby kráterů na Měsíci víme, že náš přirozený satelit i Zemi zasáhlo krátce po jejich vzniku velké bombardování, při němž na povrch obou těles dopadal bezpočet planetek a komet. Odpověď na otázku, zda životodárnou tekutinu dopravily na Zemi komety, či planetky, spočívá v určení poměru obyčejné a tzv. těžké vody. Poměr těžkého a obyčejného vodíku ve vodě (D/H) se zatím podařilo změřit jen u 11 komet a podobný poměr jako u Země vědci detekovali pouze u vlasatice 103P/Hartley. 

TIP: Kde hledat ve vesmíru život? Vyprahlý Mars a ledový svět Pluta

Měření Rosetty u komety 67P/Čurjumov-Gerasimenko zařadilo toto těleso mezi vlasatice s odlišným složením vody. V pozemských oceánech činí poměr těžkého a obyčejného vodíku 1,56 × 10−4, zatímco na 67P/Čurjumov-Gerasimenko se jedná o 5,3 × 10−4, tedy o více než trojnásobek. Nezbývá proto než nadále pátrat po tělesech Sluneční soustavy, u nichž se zmíněný poměr podobá stavu v pozemských oceánech.