Água na Terra: Será que realmente veio da poeira espacial?

Em um novo artigo publicado hoje na revista Astronomia da Natureza, uma equipe de pesquisadores do Reino Unido, Austrália e América descreve como uma nova análise de um asteróide antigo sugere que grãos de poeira extraterrestre carregaram água para a Terra enquanto o planeta se formava.

A água nos grãos foi produzida por intemperismo espacial, um processo pelo qual partículas carregadas do Sol, conhecido como vento solar, alteram a composição química dos grãos para produzir moléculas de água. 

A descoberta pode responder à questão de longa data de onde a Terra invulgarmente rica em água conseguiu os oceanos que cobrem 70 por cento de sua superfície - muito mais do que qualquer outro planeta rochoso em nosso Sistema Solar. Também pode ajudar futuras missões espaciais a encontrar fontes de água em mundos sem ar.

Cientistas planetários se intrigam há décadas sobre a origem dos oceanos da Terra. Uma teoria sugere que um tipo de rocha espacial que transporta água, conhecido como asteróides do tipo C, poderia ter trazido água para o planeta nos estágios finais de sua formação, 4.6 bilhões de anos atrás.  

Para testar essa teoria, os cientistas analisaram anteriormente a 'impressão digital' isotópica de pedaços de asteróides do tipo C que caíram na Terra como meteoritos condritos carbonáceos ricos em água. Se a proporção de hidrogênio e deutério na água do meteorito fosse compatível com a da água terrestre, os cientistas poderiam concluir que os meteoritos do tipo C eram a fonte provável.

Os resultados não foram tão claros. Embora as impressões digitais de deutério / hidrogênio de alguns meteoritos ricos em água fossem de fato iguais às da água da Terra, muitos não. Em média, as impressões digitais desses meteoritos não se alinhavam com a água encontrada no manto da Terra e nos oceanos. Em vez disso, a Terra tem uma impressão digital isotópica diferente, ligeiramente mais leve. 

Em outras palavras, embora parte da água da Terra deva ter vindo de meteoritos do tipo C, a Terra em formação deve ter recebido água de pelo menos mais uma fonte de luz isotópica que se originou em algum outro lugar do Sistema Solar. 

A equipe liderada pela Universidade de Glasgow usou um processo analítico de ponta chamado tomografia de sonda atômica para examinar amostras de um tipo diferente de rocha espacial conhecido como um asteróide do tipo S, que orbita mais perto do Sol do que os do tipo C. As amostras que eles analisaram vieram de um asteróide chamado Itokawa, que foram coletados pela sonda espacial japonesa Hayabusa e retornaram à Terra em 2010.

A tomografia por sonda atômica permitiu à equipe medir a estrutura atômica dos grãos, um átomo de cada vez, e detectar moléculas individuais de água. Suas descobertas demonstram que uma quantidade significativa de água foi produzida logo abaixo da superfície de grãos do tamanho de poeira de Itokawa por intemperismo espacial. 

O sistema solar inicial era um lugar muito empoeirado, proporcionando uma grande oportunidade de água ser produzida sob a superfície das partículas de poeira do espaço. Essa poeira rica em água, sugerem os pesquisadores, teria caído na Terra primitiva ao lado de asteróides do tipo C como parte da liberação dos oceanos da Terra.

O Dr. Luke Daly, da Escola de Geografia e Ciências da Terra da Universidade de Glasgow, é o autor principal do artigo. O Dr. Daly disse: “Os ventos solares são fluxos de íons de hidrogênio e hélio que fluem constantemente do Sol para o espaço. Quando esses íons de hidrogênio atingem uma superfície sem ar como um asteróide ou uma partícula de poeira espacial, eles penetram algumas dezenas de nanômetros abaixo da superfície, onde podem afetar a composição química da rocha. Com o tempo, o efeito de 'intemperismo espacial' dos íons de hidrogênio pode ejetar átomos de oxigênio suficientes de materiais na rocha para criar H₂O - água - aprisionada em minerais no asteróide.

“Crucialmente, esta água derivada do vento solar produzida pelo sistema solar inicial é isotopicamente leve. Isso sugere fortemente que a poeira de granulação fina, golpeada pelo vento solar e puxada para a formação da Terra bilhões de anos atrás, pode ser a fonte do reservatório de água do planeta que está faltando. ”

O Prof. Phil Bland, um Distinguido Professor John Curtin da Escola de Ciências da Terra e Planetárias da Curtin University e co-autor do artigo disse “A tomografia de sonda atômica nos permite dar uma olhada incrivelmente detalhada dentro dos primeiros 50 nanômetros ou mais da superfície de grãos de poeira em Itokawa, que orbita o sol em ciclos de 18 meses. Permitiu-nos ver que este fragmento de orla intemperizada pelo espaço continha água suficiente que, se a ampliássemos, chegaria a cerca de 20 litros para cada metro cúbico de rocha ”.

A coautora, Prof. Michelle Thompson, do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias da Purdue University, acrescentou: “É o tipo de medição que simplesmente não teria sido possível sem essa tecnologia notável. Isso nos dá uma visão extraordinária de como pequenas partículas de poeira flutuando no espaço podem nos ajudar a equilibrar os livros sobre a composição isotópica da água da Terra e nos dar novas pistas para ajudar a resolver o mistério de suas origens. ”

Os pesquisadores tomaram muito cuidado para garantir que os resultados de seus testes fossem precisos, realizando experimentos adicionais com outras fontes para verificar seus resultados.

O Dr. Daly acrescentou: “O sistema de tomografia por sonda atômica da Curtin University é de classe mundial, mas nunca tinha sido usado para o tipo de análise de hidrogênio que estávamos realizando aqui. Queríamos ter certeza de que os resultados que víamos eram precisos. Apresentei nossos resultados preliminares na conferência Lunar and Planetary Science em 2018 e perguntei se algum colega presente nos ajudaria a validar nossas descobertas com amostras próprias. Para nossa alegria, colegas do NASA Johnson Space Center e da University of Hawai'i em Mānoa, Purdue, Virginia e Northern Arizona Universities, laboratórios nacionais de Idaho e Sandia se ofereceram para ajudar. Eles nos deram amostras de minerais semelhantes irradiados com hélio e deutério em vez de hidrogênio e, a partir dos resultados da sonda atômica desses materiais, rapidamente ficou claro que o que estávamos vendo em Itokawa era de origem extraterrestre.

“Os colegas que ofereceram seu apoio nesta pesquisa realmente representam um time dos sonhos para intemperismo espacial, então estamos muito animados com as evidências que coletamos. Isso poderia abrir a porta para uma compreensão muito melhor de como era o sistema solar inicial e como a Terra e seus oceanos foram formados. ”

O professor John Bradley, da Universidade do Havaí em Mānoa, Honolulu, co-autor do artigo, acrescentou: Recentemente, há uma década, a noção de que a irradiação do vento solar é relevante para a origem da água no sistema solar , muito menos relevante para os oceanos da Terra, teria sido saudado com ceticismo. Mostrando pela primeira vez que a água é produzida no local na superfície de um asteróide, nosso estudo se baseia na evidência acumulada de que a interação do vento solar com grãos de poeira ricos em oxigênio realmente produz água. 

“Como a poeira que era abundante em toda a nebulosa solar antes do início da acumulação planetesimal era inevitavelmente irradiada, a água produzida por este mecanismo é diretamente relevante para a origem da água nos sistemas planetários e, possivelmente, a composição isotópica dos oceanos da Terra.”

Suas estimativas de quanta água pode estar contida em superfícies intemperizadas pelo espaço também sugerem uma maneira como os futuros exploradores espaciais poderiam fabricar suprimentos de água até mesmo nos planetas aparentemente mais áridos. 

A coautora Professora Hope Ishii, da Universidade do Havaí em Mānoa, disse: “Um dos problemas da futura exploração espacial humana é como os astronautas encontrarão água suficiente para mantê-los vivos e realizar suas tarefas sem carregá-la consigo em sua jornada . 

“Achamos que é razoável supor que o mesmo processo de intemperismo espacial que criou a água em Itokawa terá ocorrido em um grau ou outro em muitos mundos sem ar, como a Lua ou o asteróide Vesta. Isso pode significar que os exploradores espaciais podem muito bem processar novos suprimentos de água diretamente da poeira na superfície do planeta. É empolgante pensar que os processos que formaram os planetas poderiam ajudar a sustentar a vida humana conforme alcançamos além da Terra. ” 

O Dr. Daly acrescentou: “O projeto Artemis da NASA está se preparando para estabelecer uma base permanente na Lua. Se a superfície lunar tiver um reservatório de água semelhante proveniente do vento solar que esta pesquisa descobriu em Itokawa, representaria um recurso enorme e valioso para ajudar a alcançar esse objetivo. ”

O artigo da equipe, intitulado 'Contribuição do Vento Solar para os Oceanos da Terra', foi publicado em astronomia da natureza. 

Pesquisadores da University of Glasgow, Curtin University, University of Sydney, University of Oxford, University of Hawai'i at Mānoa, Natural History Museum, Idha National Laboratory, Lockheed Martin, Sandia National Laboratories, NASA Johnson Space Centre, a University of Virginia, a Northern Arizona University e a Purdue University contribuíram para o artigo.