Jak přišla Země k vodě?

V březnu 2004 byla do vesmíru vyslána vesmírná sonda Rosetta, jejímž úkolem bylo umístit na kometu 67 P přistávací modul Philae; ten měl pomoci zjistit, odkud Země získala vodu. Jedna z teorií totiž předpokládá, že vodu na Zemi přinesly komety. Kometa je správný název, výstižnější by však byl termín „špinavá sněhová koule“ (dirty snowball). Tyto sněhové koule cestují po velkých zhruba eliptických drahách a periodicky se dostávají z vnějších oblastí solárního systému do jeho vnitřních částí.

Co zjistila Rosetta

Vesmírné objekty z ledu a kamene o velikosti hory začínají v blízkosti Slunce tát a vytvářejí známé dlouhé ohony. Vědci předpokládali, že díky misi Rosetty získají přesnější informace. Koncem roku 2014 odeslala Rosetta první údaje ze vzdálenosti 510 milionů kilometrů, když její přistávací modul Philae dosáhl komety 67 P Čurjmov-Gerasimenko. Vědci zklamáni nebyli. Mise odhalila, že kometa nemá téměř žádné magnetické pole a že některé charakteristické rysy na jejím povrchu jsou formovány slunečními bouřemi. Nejzajímavější ale bylo složení její vody, což by mohlo přispět k odhalení záhady, odkud Země získala vodu.

O kometách se dlouho předpokládalo, že jsou zdrojem vody na Zemi. V počátcích vzniku Země byl její povrch žhavý a nemohl žádnou vodu udržet. Mělo se za to, že Země získala důležitou kapalinu později, když byla bombardována ledovými objekty, jakými jsou komety. I když atmosférické zvětrávání a tektonická činnost zpočátku vymazaly jakékoliv důkazy na Zemi, takovéto bombardování – jak to dokumentuje povrch Měsíce – skutečně existovalo. Kometární led rovněž obsahoval molekuly bohaté na kyslík, které mohly zásobovat Zemi startovacím balíčkem nutným pro vznik života.

Není voda jako voda

Kathrin Altwegg ze švýcarské univerzity v Bernu, která odpovídá za sledování zařízení ROSINA (ROSETTA ORBITER SPECTROMETER FOR ION AND NEUTRAL ANALYSIS), tvrdí, že ještě předtím, než Rosetta provedla první analýzu vody při průletu ohonem komety, se již vědělo, že se kometární voda liší od vody na Zemi. Obyčejnou vodu tvoří dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Jeden nebo oba atomy vodíku mohou být zcela náhodně nahrazeny deuteriem, což je stabilní izotop vodíku s dalším neutronem v jádru. Na Zemi připadá na každý milion obyčejných molekul vody asi 160 molekul těžké vody. Tento vztah je vyjádřen poměrem D/H. Tento poměr u kometární vody je trojnásobně vyšší než u vody pozemské. Již v roce 1986 vyfotografovala K. Altwegg Halleyovu kometu a díky spektrografickým měřením se zjistilo, že voda této komety má oproti vodě na Zemi dvojnásobně větší poměr D/H. Měření u tuctu jiných komet rovněž potvrdilo obdobné poměry D/H. Pouze u komety Hartley 2 je poměr D/H podobný jako u vody v zemských oceánech. To může znamenat, že komety asi nejsou zdrojem vody pro Zemi. Co jím tedy je?

Že by asteroidy?

Jednou z alternativ jsou asteroidy, které byly ale dlouho vylučovány jako možný zdroj vody. Asteroidy obíhají na orbitě v pásu mezi Marsem a Jupiterem.

Otázkou původu vody na Zemi se zabývá vědecký koordinátor mise Rosetta Laurence D´Rourke. Zaměřil se na jeden z největších asteroidů, a to na asteroid Ceres o průměru kolem 1 000 km, který je nyní klasifikován jako trpasličí planeta. Ceres obíhá uprostřed pásu asteroidů po eliptické dráze ve vzdálenosti 2,6 až 3 astronomických jednotek od Slunce. (Astronomickou jednotkou AJ je vzdálenost Země od Slunce.) Tato oblast se rozkládá uvnitř tzv. sněhové linie slunečního systému, za níž jsou sluneční paprsky tak slabé, že jakákoliv voda tuhne na ledové krystaly. Ceres leží právě ve specifické oblasti, kde se led stával velkým stavebním materiálem planet. Čím dále od Slunce, tím bylo více krystalického ledu. Ceres a vzdálenější asteroidy se obvykle skládají napůl z kamene a ledu, hustota odpovídá 2 000 kg/m³. Asteroidy této velikosti mohly proto Zemi dodávat významné množství vody.

První měření, které O´Rourke provedl v listopadu 2011, ale bohužel odhalilo vysušené těleso. Zcela jinak dopadlo měření v říjnu 2012, které detegovalo velké množství vody. Šlo o první potvrzenou detekci vody v pásu asteroidů. Příčina rozdílů v měření spočívala v tom, že se změnila pozice Ceresu. Za 11 měsíců se oběh změnil z 3 AJ na 2,7 AJ od Slunce a asteroid se tak dostal do oblasti sněhové linie, takže se část ledu změnila v páru. Za jednu sekundu se uvolňovalo 6 kg vody a ta obklopovala asteroid řídkou atmosférou jako u komety. Klíčem k lepšímu pochopení vnitřní struktury asteroidu a k přesnějšímu určení podílu ledu může posloužit mise Dawn, kterou uskutečnila NASA. Sonda Dawn byla 6. března 2015 zachycena gravitací Ceresu. Zkoumat tuto trpasličí planetu bude po 16 měsíců.

Asteroidy nebo komety?

Avšak bez ohledu na to, co tato sonda zjistí, není zcela jasné, zda zdrojem vody a případně organických molekul na Zemi jsou spíše asteroidy nebo komety. Většina modelů vývoje sluneční soustavy se týká obrovských planet – Jupitera, Saturnu, Uranu a Neptunu – ,které migrovaly blíže nebo dále od Slunce ještě předtím, než se dostaly na svou konečnou dráhu. Jejich pohyby mohly narušit dráhy komet. Proto musí být v zemských oceánech přinejmenším určité množství kometární vody s příměsí těžké vody. Je to podobné jako při míchání různých barev: smícháme-li červenou a žlutou, získáme oranžovou. Jestliže je zde komponenta, která je třikrát těžší než pozemská voda a komponenta, která je třikrát lehčí, a smícháme je v poměru 50:50, získáme zemskou vodu.

Odpověď na otázku, odkud by mohla pocházet lehčí složka vody, spočívá v dosud ne plně pochopeném „vodním cyklu“ sluneční soustavy, tedy v průběhu událostí, které začaly v době, kdy Slunce a planety nebyly ničím jiným než chladnou směsí plynu pohybující se vesmírem. V těchto mezihvězdných mracích se atomy příležitostně spojovaly a vytvářely molekuly. Chemické složení jakékoliv vody závisí na teplotě: čím je voda chladnější, tím více deuteria obsahuje. Mezihvězdné mraky mají teplotu -220 až -260 stupňů Celsia. Tehdy se vytváří poměr D/H minimálně třikrát větší než na Zemi.

Za tepelného vlivu rodícího se Slunce se některé molekuly rozpadaly a reformovaly, přičemž se snižoval poměr D/H. Jak to dokládají údaje ze sledování komet, ve všech tělesech formovaných ve sluneční soustavě proto existovala celá řada různých poměrů D/H. Země byla bombardována selektivně ze všech z nich a tato skutečnost, spolu s určitou počáteční vlhkostí, vycházející z vnitřních oblastí naší planety, mohla vést ke vzniku té „správné vody“.

Ani teď však ještě není zcela jasno. Tělesa podobně vzdálená jako Ceres mají sice pravděpodobně nižší poměry D/H, modely však ukazují, že vznik asteroidů s tím správným poměrem D/H trvá velmi dlouho. A to vrhá nové světlo na samotnou kometu 67 P. Její neobvykle velký poměr D/H naznačuje, že jsme narazili na těleso, které více než jiné reprezentuje původní materiál figurující u vzniku sluneční soustavy. Jeho voda je podle K. Altweggové více či méně vodou čistě mezihvězdnou. Na více podrobností si budeme muset počkat, pokud se podaří dobít baterie na přistávacím modulu Philae.

Časový průběh mise Rosetta

Březen 2004: Start z francouzské Guajány.

Březen 2005: První oběh Země umožňuje její gravitační vystřelení ke kometě 67 P.

Únor 2007: Oblet Marsu.

Listopad 2007: Druhý oblet Země. Rosetta je mylně považována za asteroid blízký Zemi a v roce 2007 získává označení VN 84.

Září 2008: Rosetta prochází hlavním pásem asteroidů.

Listopad 2009: Při třetím obletu Rosetta míjí Zemi ve vzdálenosti 2 500 km.

Červen 2011: Rosetta je ve stavu hibernace, kdy je většina elektroniky vypnuta.

Leden 2014: Rosetta se probouzí ze spánku a začíná komunikovat se Zemí.

Srpen 2014: Rosetta se přiblížila ke kometě 67 P a začíná mapovat vhodná místa k přistání z výšky 100 km.

Listopad 2014: Přistávací modul Philae dopadá na povrch komety. Selhávají harpuny, které měly přichytit modul k povrchu. Modul je ve stínu a brzy se mu vybijí baterie.

Březen 2015: Zjišťuje se, zda se baterie na modulu Philae podařilo dobít při průletu v blízkosti Slunce.

Červenec 2015: Sonda Philae se znovu ozvala Zemi.

Údaje o kometě 67 P (Čuryumov – Gerasimenko)

Objevení: 1969.

Klasifikace: Kometa.

Domov: „Kulák“ ve sluneční soustavě ve vzdálenosti 190 – 850 milionů km od Slunce.

Doba oběhu kolem Slunce: 6,5 roku.

Doba rotace: 12,5 hodiny.

Tvar: Zdeformovaná obrovská „kachna“.

Složení: Špinavá ledová koule, ledový a prachový ohon.

Velikost: Přibližně 5 km × 3 km.

První kontakt: Mise Rosetta, rok 2014.

Údaje o asteroidu Ceres

Objevení: Rok 1801.

Klasifikace: Asteroid, trpasličí planeta (od roku 2006).

Vzdálenost: 380 až 450 milionů km od Slunce v pásu asteroidů.

Doba oběhu kolem Slunce: 4,6 roků.

Doba rotace: 9 hodin.

Tvar: Kulatý, posetý důlky. Záhadné jasné skvrny.

Složení: Špinavá ledová koule s možným obsahem vody uvnitř.

Velikost: 950 km v průměru.

První kontakt: Mise NASA Dawn, 2015.

(Stuart Clark: The wrong water, New Scientist, 2015, č. 3020, s. 35-37.)