Ý tưởng rằng sao chổi đưa nước đến Trái đất đã đạt được động lực vào cuối năm ngoái, khi các nhà thiên văn học công bố nước giống như đại dương ở Comet Hartley 2.
Sao chổi Hartley 2. Tín dụng hình ảnh: NASA
Trong những năm qua, bốn lý thuyết nổi bật giải thích nguồn gốc của nước trên Trái đất đã giành được sự ưu ái. Trong một, các tiểu hành tinh và thiên thạch giàu nước đã tác động đến Trái đất trẻ sơ sinh, phân phối nước trên khắp hành tinh bằng vũ lực. Trong một quá trình thanh thản hơn, các đại dương hình thành khi hydro và oxy trong các vật liệu tạo nên Trái đất (ví dụ hydrocarbon và oxy trong các oxit sắt) kết hợp hóa học bên dưới lớp vỏ Trái đất và nổi lên như hơi nước núi lửa ngưng tụ và mưa trên bề mặt . Một lý thuyết gần đây hơn cho thấy rằng các phân tử nước thực sự bám dính trên bề mặt của các hạt bụi liên sao được bồi đắp để tạo thành hệ mặt trời. Trong trường hợp đó, nước tích lũy đồng thời với phần còn lại của hành tinh. Và cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, đó là các sao chổi.
Sao chổi Hyakutake. Tín dụng hình ảnh: E. Kolmhofer, H. Raab; Đài thiên văn Julian-Kepler
Trong nhiều thập kỷ, sự khôn ngoan được chấp nhận là sao chổi đã mang một tỷ lệ nước lớn đến Trái đất nguyên thủy. Mặc dù có mối liên hệ có vẻ hợp lý giữa sao chổi và đại dương, nhưng có một vấn đề nghiêm trọng với lý thuyết đó: thành phần của nước được phát hiện trong sao chổi về cơ bản khác với các đại dương trên Trái đất, vì vậy chúng không thể là chính nguồn. Vấn đề này đủ nghiêm trọng để đe dọa hoàn toàn mô hình nguồn sao chổi. Hoặc ít nhất là cho đến bây giờ.
Không phải tất cả nước được tạo ra bằng nhau
Vấn đề thành phần đã gây ra mô hình sao chổi bắt nguồn từ cấu trúc nguyên tử của nước biển. Hóa ra, không phải tất cả nước biển đều được tạo thành từ nước thông thường (tức là H2O). Khoảng một trong số 3.200 phân tử nước trong đại dương là một nước nặng phân tử được làm bằng deuterium - một nguyên tử hydro có thêm neutron. Khi đồng vị hydro này kết hợp với oxy để tạo ra nước, nó thực sự nặng hơn khoảng 10% so với dạng nước phổ biến hơn nhiều được tìm thấy ở mọi nơi xung quanh chúng ta trên Trái đất.
Bất kỳ lý thuyết nào về việc vận chuyển nước đến Trái đất từ không gian phải chiếm tỷ lệ cụ thể này của các phân tử nước thường xuyên và nặng. Đây là lý do tại sao nhiều nhà nghiên cứu ủng hộ, ví dụ, mô hình tác động của tiểu hành tinh; các nhà khoa học đã xác minh rằng các tiểu hành tinh và một số thiên thạch có chứa tỷ lệ đúng của nước nặng và thường xuyên.
Để sao chổi trở thành một nguồn nước đại dương Earth, chúng cũng phải chứa đúng tỷ lệ nước nặng và nước thông thường. Nhưng cho đến Comet Hartley 2, không có sao chổi nào được tìm thấy để đáp ứng tiêu chí quan trọng này.
Trên thực tế, hóa học cụ thể của sao chổi cho đến những năm 1980, khi các phép đo trực tiếp đầu tiên về băng sao chổi được thực hiện trên Halley Hồi Comet và - năm sau - Comet Hyakutake. Thật không may, hai sao chổi này chứa lượng nước nặng gấp đôi so với được tìm thấy trong nước trên Trái đất. Điều đó có nghĩa là chúng và các sao chổi giống như chúng, không thể là nguồn nước biển. Mô hình sao chổi bị chìm, nhanh.
Nhưng các nhà khoa học weren sẵn sàng từ bỏ. Năm 2000, các nhà khoa học đã nắm bắt một cơ hội hiếm có để thực hiện một phép đo khác về nước sao chổi khi Comet LINEAR bị vỡ khi nó tiếp cận mặt trời. Mặc dù tỷ lệ deuterium đúng với hydro không được đo trực tiếp, các công cụ theo dõi hóa học khác cho rằng deuterium có mặt với lượng vừa đủ để giải thích thành phần nước biển.
Trong 10 năm tiếp theo, bồi thẩm đoàn vẫn chưa biết liệu sao chổi có thể chứa đúng lượng deuterium hay không. Ngày nay, nhờ có Comet Hartley 2, có vẻ như sao chổi đã trở lại trong trò chơi!
Người ta tin rằng các sao chổi như Hartley 2 và LINEAR, cả hai đều có nguồn gốc từ Vành đai Kuiper gần quỹ đạo Sao Mộc, sở hữu lượng nước nặng thích hợp. Tìm kiếm các sao chổi như vậy là một thách thức vì theo thời gian, các nhiễu loạn hấp dẫn đã làm cạn kiệt nguồn sao chổi đó. Sao chổi Halley và Hyukatake không bắt nguồn từ cùng một khu vực, điều này giải thích thành phần hóa học hoàn toàn khác nhau của chúng.
Hình ảnh của NASA về hạt nhân của Hartley 2 với quang phổ bao phủ của nước bình thường và nặng, theo quan sát của một thiết bị hồng ngoại xa trên Đài quan sát vũ trụ Herschel. Tín dụng hình ảnh: NASA / JPL-Caltech / R. Tổn thương
Ted Bergin thuộc Đại học Michigan - thành viên của nhóm phát hiện ra nước giống như đại dương ở Comet Hartley 2 năm 2011 - đã thừa nhận rằng kết quả này dựa trên mẫu của một người. Anh ấy nói với EarthSky mùa thu năm ngoái:
Chúng tôi thực sự cần biết liệu sao chổi này có phải là thành viên đại diện của Vành đai Kuiper hay không. Đây là một phép đo rất quan trọng nhưng chúng ta cần nhiều hơn để bắt đầu ghép các mảnh ghép này lại với nhau.
Kết quả cho thấy lượng vật chất ngoài kia có thể đóng góp cho các đại dương Trái đất có lẽ lớn hơn chúng ta nghĩ. Điều này làm tăng thêm câu chuyện là hồ chứa vật liệu có khả năng có thể được đưa đến Trái đất với loại nước phù hợp với dòng nước lớn hơn nhiều. Điều này không nói rằng sao chổi đã mang nước đến Trái đất mà đúng hơn là chúng có thể.
Mặc dù rất có thể nước đến Trái đất thông qua nhiều quá trình khác nhau, phát hiện mới nhất này tiếp thêm sinh lực cho lý thuyết rằng sao chổi có thể đã đóng góp rất nhiều nước cho Trái đất so với những gì gần đây nghĩ.
Bây giờ, về nguồn gốc của sao chổi? Đó là một câu hỏi cho một ngày mưa khác.
Điểm mấu chốt: Các nhà thiên văn học đã tranh cãi trong nhiều thập kỷ về cách Trái đất lấy nước. Năm 2011, sử dụng Đài quan sát vũ trụ Herschel để nghiên cứu sao chổi Hartley 2 (103P / Hartley), một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế bao gồm Ted Bergin của Đại học Michigan đã tìm thấy sao chổi đầu tiên được xác nhận có chứa nước giống như đại dương. Sao chổi là Comet Hartley 2. Những kết quả này xuất hiện trực tuyến vào ngày 5 tháng 10 năm 2011, trên tạp chí Thiên nhiên.