100 великих загадок астрономии

Наша Земля образовалась в той части протопланетного облака, где царила неимоверная жара. Поэтому планетезимали, те части «конструктора», из которых складывалась Земля, – а именно глыбы километровой величины, сраставшиеся друг с другом, – не содержали воду. Вся она была доставлена на планету впоследствии, когда ее поверхность значительно остыла. Долгое время считалось, что воду на Землю принесли кометы, регулярно падавшие на ее поверхность в ранний период земной истории. Но астероиды еще чаще, чем кометы, обрушивались на Землю. А что они несли с собой?

Между орбитами Марса и Юпитера пролегает обширный пояс астероидов, возникший еще в ту пору, когда шло формирование планет. Именно отсюда и прилетали те астероиды, что, не удержавшись на каком-нибудь вираже, падали затем на Марс, Венеру или Землю. Их и сейчас там мерено-немерено – от скромных каменных глыб до миниатюрных планет.

Летом 2010 года сразу две группы исследователей сообщили на страницах журнала «Nature» о том, что на поверхности малой планеты впервые удалось обнаружить тонкий слой водяного льда. Обе группы вели наблюдение за астероидом Фемида, достигающим в поперечнике почти 200 километров. Это одно из самых крупных небесных тел в упомянутом поясе астероидов. Спектральный анализ света, отраженного от его поверхности, и показал наличие на Фемиде льда.

Эксперимент, проведенный в лаборатории, подтвердил, что именно такие линии спектра дают крупицы минералов, покрытые слоем льда толщиной не более 0,0001 миллиметра. Это открытие стало неожиданностью, ведь оно показало, что водяной лед, очевидно, широко распространен на астероидах.

Ранее другие группы астрономов уже находили на астероидах минералы, которые могли сформироваться лишь в присутствии воды. Впрочем, принято было считать, что вода здесь давно исчезла – улетучилась в космическое пространство. Почему же лед на Фемиде сохраняется миллиарды лет?

Авторы статей в «Nature» предположили, что всего в нескольких метрах от поверхности астероида залегают слои грунта, изобилующие льдом. Они и подпитывают наледь, сковавшую планету. Эта ледяная корка понемногу испаряется, но из грунта постоянно поднимаются водяные пары, которые, достигая поверхности Фемиды, вновь превращаются в лед.

Расчеты, которые проделал австрийский астроном Норберт Шёргхофер, подтвердили, что водяной лед может пролежать в грунте, на небольшой глубине, очень долго, если будет укрыт метровой толщей пыли, надежно защищающей его.

Впрочем, большинство астрономов по-прежнему уверены в том, что воду на Землю принесли кометы. Так, по расчетам Фрэнсиса Альбареде из Лионского университета, опубликованным на страницах «Nature», вода появилась довольно поздно – примерно через 100 миллионов лет после возникновения нашей планеты, когда многочисленные кометы стали снова и снова врезаться в Землю.

Однако Альбареде и его коллеги игнорируют один странный факт, выявившийся после того, как межпланетные зонды взяли образцы водяного льда с поверхности комет. По своему химическому составу этот лед отличался ото льда (и, значит, воды) на нашей планете. Формула воды – пресловутая «аш-два-о» – известна всем со школьной скамьи. Многие, правда, не знают, что вода содержит также небольшое количество тяжелого водорода, то бишь изотопа водорода, иногда замещающего обычный водород в молекулах воды. Соотношение между тяжелым и обычным водородом – весьма характерный показатель. Как выяснилось, в водяном льде комет он примерно в два раза выше, чем у нас на Земле. Очевидно, воду на Землю приносили не только кометы.

Некоторые ученые идут еще дальше, заявляя, что вода на Земле была с самого начала. Все дело в том, что наша планета строилась из разных материалов. Поначалу – из планетезималей. Почти на 80 % Земля сложена именно из этих глыб. Когда же ее масса разрослась и сила притяжения стала очень велика, планета начала удерживать и попадавшие на ее поверхность – после падения астероидов и комет – летучие вещества, в том числе воду. Тогдашние астероиды были очень крупны – не чета нынешним Фемидам. Некоторые из них не уступали по размерам Луне, а то и Марсу. Потребовалось, очевидно, не так много столкновений с этими протопланетами, чтобы Земля запаслась живительной влагой на миллиарды лет вперед.

Любопытна и компьютерная модель, которую создал астроном Алессандро Морбиделли из Обсерватории Лазурного берега в Ницце. Согласно его выводу, «большую часть запасов воды наша планета получила после падения на нее нескольких протопланет, образовавшихся во внешней части пояса астероидов». Эти протопланеты упали на Землю, когда процесс ее формирования был уже почти завершен. По мнению Морбиделли, самое большее, лишь 10 % воды принесено на Землю кометами; все остальное – малыми планетами, столкнувшимися с ней.