Небольшие фрагменты породы могут раскрыть многое, когда их анализируют с помощью мощных лабораторных инструментов. Новое исследование крошечных фрагментов астероида Рюгу, собранных миссией «Хаябуса-2» (JAXA), показало, что вода протекала по нему более чем через миллиард лет после его формирования. Это новое открытие опровергает прежнее понимание того, что астероиды демонстрировали водную активность только на самых ранних этапах формирования Солнечной системы.

Когда миссия «Хаябуса-2» (JAXA) доставила образцы с астероида Рюгу, исследователи с нетерпением ждали доступа к ним. После того как JAXA провела первоначальный анализ, образцы стали доступны, и учёные со всего мира подали исследовательские заявки. Работа кипит, и в научных журналах продолжают появляться различные исследования.

Рюгу — это астероид типа «груда щебня», и до 50% его объёма составляет пустое пространство. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что жидкость протекала через этот углеродистый астероид более чем через миллиард лет после его формирования, вероятно, из-за удара, который растопил лёд и открыл каналы для потока талой воды. Исследование озаглавлено «Поздний поток жидкости в примитивном астероиде, выявленный с помощью изотопов Lu–Hf в Рюгу», а его ведущий автор — Цуёси Иидзука, доцент кафедры наук о Земле и планетах Токийского университета.

Для астрономов астероиды предоставляют ключевые подсказки о том, как сформировалась Солнечная система. Они являются основными строительными блоками, из которых формируются планеты, и, в отличие от таких тел, как Марс и Земля, они не были сильно изменены такими процессами, как дифференциация, нагревание и геологические процессы. Изучение астероидов помогло учёным понять, какие вещества присутствовали в начале формирования Солнечной системы.

В частности, астероиды помогли исследователям понять, как Земля получила свою воду. Углеродистые астероиды (C-типа), такие как Рюгу, содержат органические соединения и водосодержащие минералы, которые они доставили на Землю, когда планета и Солнечная система были ещё молоды. Но хотя у учёных есть базовое понимание того, как сформировалась Солнечная система, включая то, как Земля получила свою воду, в этой картине есть большие пробелы.

Учёные потратили много времени и сил, пытаясь понять происхождение земной воды. Существует два основных пути, каждый из которых, вероятно, внёс свой вклад. Один включает выделение кислорода из магмы во время фазы магматического океана Земли, который соединялся с водородом в атмосфере и образовывал воду. Другой предполагает доставку воды астероидами и кометами, которые параллельно доставили и строительные блоки жизни.

Одна из проблем теории доставки воды астероидами заключается в том, что это должно было произойти относительно быстро. Возможно, слишком быстро, для того, чтобы объяснить, как Земля получила свою воду. Но показав, что вода текла по Рюгу более чем через миллиард лет после формирования Солнечной системы, новое исследование, возможно, заполнило пробел в нашем понимании.

«Мы обнаружили, что Рюгу сохранил нетронутые свидетельства водной активности — того, что жидкость перемещалась сквозь его породы гораздо позже, чем мы ожидали», — сказал ведущий автор Иидзука в пресс-релизе. «Это меняет наши представления о долгосрочной судьбе воды в астероидах. Вода сохранялась там долгое время и не иссякала так быстро, как думали». Если она сохранялась в астероидах дольше, чем считалось, то они могли доставлять её на Землю также дольше, чем предполагалось ранее.

Результат основан на датировании методом лютеций-гафний (Lu-Hf). Это распространённый инструмент в геохронологическом датировании, основанный на распаде лютеция-176 (¹⁷⁶Lu) в гафний-176 (¹⁷⁶Hf). Каждый элемент имеет разное химическое поведение, и их чрезвычайно длительные периоды полураспада — больше возраста Вселенной — приводят к разным соотношениям в разных породах, даже в породах возрастом в миллиарды лет.

Исследователи ожидали найти предсказуемые соотношения двух изотопов, основанные на возрасте астероида и на том, что было найдено на других астероидах. Но они их не нашли. Соотношение ¹⁷⁶Lu к ¹⁷⁶Hf было намного больше, чем предполагалось. Оба элемента остаются относительно неподвижными в большинстве геологических процессов, но они имеют разные ионные заряды и размеры. Более высокая плотность заряда гафния делает его менее растворимым в водных растворах, чем лютеций.

Исходя из этого, исследователи определили, что жидкость вымывала лютеций из пород.

«Мы думали, что химическая запись Рюгу будет похожа на некоторые изученные метеориты на Земле», — сказал Иидзука. «Но результаты были совершенно другими. Это означало, что нам пришлось тщательно исключить другие возможные объяснения и в конечном итоге заключить, что система Lu-Hf была нарушена поздним потоком жидкости. Наиболее вероятным триггером было столкновение с более крупным астероидом-прародителем Рюгу, которое раскололо породу и растопило погребённый лёд, позволив жидкой воде просочиться через небесное тело. Это была настоящая неожиданность! Это импактное событие, возможно, также ответственно за разрушение родительского тела с образованием Рюгу».

Результаты позволяют предположить, что углеродистые астероиды могли доставлять воду на Землю в больших количествах и позже, чем считалось. Если родительское тело Рюгу сохраняло лёд в течение миллиарда лет, то другие подобные тела, бомбардировавшие молодую Землю, тоже могли это делать. Большинство столкновений астероидов с Землёй произошло в течение первых одного-двух миллиардов лет существования планеты, и это исследование показывает, что доставка воды могла происходить в течение большего отрезка этого времени, чем думали раньше.

«Идея о том, что объекты, подобные Рюгу, удерживали лёд так долго, кажется удивительноей», — сказал Иидзука. «Это предполагает, что строительные блоки Земли были гораздо более влажными, чем мы представляли. Это заставляет нас пересмотреть исходные условия для водной системы нашей планеты. Хотя ещё рано говорить наверняка, моя команда и другие могут опираться на это исследование, чтобы прояснить вещи, включая то, как и когда наша Земля стала обитаемой».

Когда «Хаябуса-2» находился у Рюгу, некоторые из первых переданных данных показали, что астероид чрезвычайно сухой. Это подчёркивает ценность миссий по возврату образцов, в которых образцы можно затем изучать более тщательно. Хотя каждый исследовательский образец был крошечным, из-за чего требовалось применять новые сложные методы для его изучения, образцы раскрыли многое, что оставалось бы скрытым без них.

«Маленький размер нашего образца был огромной проблемой», — вспоминает Иидзука. «Нам пришлось разработать новые химические методы, которые минимизировали потерю элементов, при этом выделяя несколько элементов сразу из одного и того же фрагмента. Без этого мы никогда бы не смогли обнаружить такие тонкие признаки поздней жидкостной активности».

Фосфатные прожилки также играют роль в этом исследовании, но требуют дополнительной работы для понимания. Исследователи намерены изучить их более подробно, чтобы точнее определить время потока жидкости.

«Na-Mg фосфаты встречаются в виде прожилок, которые пересекают брекчиевидные текстуры изменённой литологии, демонстрируя их formation после раннего изменения и ударных событий», — пишут авторы в своём исследовании. Испарение во время образования иногда может создавать пустоты в прожилках, и фосфаты, осаждённые там, должны показывать обогащение Lu и дефицит Hf, которые дополняют то, что они нашли в своих образцах.

Они также хотят сравнить свои выводы с результатами по астероиду Бенну, образцы с которого доставила миссия NASA OSIRIS-REx в 2023 году. Если эти образцы покажут схожую водную активность, как образец Рюгу, то миссии по возврату образцов докажут свою ценность, переписав наше понимание Солнечной системы, Земли, воды и даже самой жизни.