Rosetta najde stopy k „Xenon paradoxu“ Země

Xenon, měřený kosmickou lodí Rosetta Evropské kosmické agentury, vrhl světlo na dlouhodobé tajemství role komet, které se hrály ve formaci Země.

Mimozemský povrch Comet 67P, který je vidět z širokoúhlé kamery OSIRIS společnosti Rosetta 17. května ze vzdálenosti 9 kilometrů.
Tým ESA / Rosetta / OSIRIS

Ušlechtilý plyn slouží jako klíčový indikátor pro včasné vytvoření sluneční soustavy. Vědci vedeni Bernardem Martym (CNRS, Francie) oznámili 9. června ve vědě, že chemický podpis plynného xenonu - prvek, který existuje v nepatrných množstvích v zemské atmosféře - byl také detekován v mírné obálce obklopující kometu 67P / Churyumov-Gerasimenko v poslední měsíce mise Evropské vesmírné agentury v Rosettě.

Xenon je vzácný plyn, prvek číslo 54 v periodické tabulce. Protože nereaguje s jinými prvky, hraje klíčovou roli ve sledování zdroje proto-solárního materiálu, který nakonec vytvořil Zemi a další planety. Tento plyn má devět různých izotopů, z nichž každý obsahuje odlišný počet neutronů. Nejlehčí izotopy xenonu vznikají při výbuchu supernovy; jeho izotopy střední hmotnosti, když hvězdy s nízkou až střední hmotností vstupují do asymptotické obří fáze svého života; a nejtěžší se vyskytují při fúzích energetických neutronových hvězd.

"Xenon je nejtěžší stabilní ušlechtilý plyn a možná nejdůležitější kvůli jeho mnoha izotopům, které pocházejí z různých hvězdných procesů, " říká Marty v nedávné tiskové zprávě. "Každý z nich poskytuje další informace o našem kosmickém původu."

Umělecké zobrazení časné proto-solární mlhoviny.
NASA / JPL

Proto-solární mlhovina, ze které vyšla naše sluneční soustava, obsahovala směs recyklovaného materiálu z dřívějších hvězd. Xenon přítomný v moderní atmosféře Země má relativně velké množství těžkých izotopů. Lehčí izotopy xenonu se však časem ztratí.

Při zohlednění této měřené ztráty si vědci brzy uvědomili, že hladiny těžkých izotopů v prvotní xenonové směsi Země (označované jako „U-xenon“) byly nižší než hladiny zjištěné v xenonových poměrech jinde ve sluneční soustavě, například ve sluneční soustavě vítr a asteroidy. Takový rozpor se stal známým jako „xenonový paradox“.

Vyzařování chemických stop z komet

Komety mají jedinečné kompozice, protože se formovaly velmi daleko od Slunce. Například jejich poměr deuteria k vodíku je trvale vyšší než kdekoli jinde ve sluneční soustavě. Měl by xenon vykazovat podobné nesrovnalosti?

Xenonové poměry v celé sluneční soustavě. Všimněte si těsné shody mezi očekávanou úrovní prvotního (U) xenonového izotopu Xe-129 (černé datové body) a tím, co bylo pozorováno pocházející z komety 67P / Churyumove-Gerasimenko kosmickou lodí Rosetta (šedé datové body).
Bernard Marty a kol., / Science

K získání klíčových vzorků z Comet 67P se Rosetta musela dostat do pouhých 5 až 8 km od jádra. Pro navigační tým mise to byl náročný manévr, protože prach sublimující z komety může zmást hvězdné sledovače kosmické lodi. Řadiči ESA se rozhodli provést kritický manévr v poslední polovině května 2016.

Kosmická loď použila ve své sadě přístrojů ROSINA hmotnostní spektrometr k měření hladin xenonových izotopů po dobu tří týdnů. Tato rozšířená studie identifikovala sedm izotopů xenonu s relativně hojnou směsí lehkých izotopů vzhledem k těžkým. Tento poměr je výrazně odlišný od poměru pozorovaného dnes v asteroidech a slunečním větru - ale podobný předpovězenému poměru U-xenon prvotní Země. Marty a jeho tým došli k závěru, že komety přispěly 22% ke směsi xenonových zdrojů dodávaných na Zemi,

Xenon se vrací do vesmíru, na palubě iontových motorů používaných v misi Dawn NASA na Vesta a Ceres. NASA / JPL

Rosetta, která byla zahájena v roce 2004, ukončila svou misi tím, že 30. září 2016 odpočívala na povrchu Cometu 67P.

Je to také poprvé, co vědci dokázali vytvořit definitivní spojení mezi kometami - myšlenka představující nedotčené příklady rané sluneční soustavy - a atmosférickým složením Země. Komety dodávající xenon do rané Země pravděpodobně přispívaly prebiotický materiál, jako je aminokyselina glycin a fosfor, také detekovaný Rosetta na Comet 67P.

Ale ve vodě Země chybí vysoký poměr D: H, který je vidět v Comet 67P, takže komety musely hrát omezenou roli při dodávání vody na Zemi. Pravděpodobnějším zdrojem toho, geochemici, kteří jsou nyní podezřelí, byla populace vodou bohatých uhlíkatých asteroidů.

„Tento závěr je v souladu s předchozími měřeními, která provedla Rosetta, “ říká Kathrin Altwegg (University of Bern, Švýcarsko) v nedávné tiskové zprávě, „včetně neočekávaných detekcí molekulárního kyslíku a síry a vysoké deuteria na poměr kyslíku pozorovaný ve vodě komety. “

Planeta Země je vzácný, vodou pokrytý svět, jak jej popisuje tento krásný výhled na pláž Pass-e-Grille na Floridě.
David Dickinson

Země je ve sluneční soustavě jedinečná jako jediný svět, který na vnější straně nosí své rozsáhlé oceány tekuté vody - každý jiný svět uvnitř „linie mrazu“ vnitřní sluneční soustavy je kostně suchý.

Comet 81 / Wild podle snímku Stardust 2. ledna 2004.
NASA / GSFC

Standardní modely formování sluneční soustavy předpovídají časné vytvoření vnějších plynných obřích světů, s nespočetnými množstvími komet, které přetrvávají dále v Kuiperově pásu a biliony jsou více hozeny do vzdálené říše Oortova mraku gravitačním setkáním s vnějšími planetami. Nyní vidíme, jak komety mohly přispět k současné kompozici vnitřních skalnatých světů.

Vzorky z komety 81P / Wild vrácené misí Stardust NASA naznačují, že prvky pocházející z vnitřku rané sluneční mlhoviny - zejména izotopy kyslíku - byly transportovány ven skrze ranou sluneční soustavu.

V dílech se nenachází žádná budoucí mise pro návrat vzorků komet, ačkoli bonanza vědy, kterou vrátila Rosetta, určitě ukazuje, že je třeba provést další sledování Stardust.

Pokud jde o rozluštění záhady rané tvorby sluneční soustavy, novou mantrou pro budoucnost může být „následovat xenon“.

Poznámka editora, 20. července 2017: Počet stabilních izotopů xenonu byl upraven na devět namísto 10 původně citovaných.