A ANÁLISE DA POEIRA ESPACIAL PODE RESOLVER O MISTÉRIO DAS ORIGENS DA ÁGUA NA TERRA 7 de dezembro de 2021
Impressão de artista que exemplifica a "entrega" de materiais ricos em água à Terra primitiva.
Crédito: Universidade de Glasgow
Uma equipa internacional de cientistas pode ter resolvido um mistério importante sobre as origens da água da Terra, depois de descobrir novas evidências persuasivas que apontam para um culpado improvável - o Sol.
Num novo artigo científico publicado na revista Nature Astronomy, uma equipa de investigadores do Reino Unido, da Austrália e da América descreve como uma nova análise de um asteroide antigo sugere que grãos de poeira extraterrestre transportaram água para a Terra enquanto o planeta se formava.
A água nos grãos foi produzida pelo intemperismo espacial, um processo pelo qual partículas carregadas do Sol, conhecidas como vento solar, alteraram 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, obteve os oceanos que cobrem mais de 70% da sua superfície - muito mais do que qualquer outro planeta rochoso no nosso Sistema Solar. Também pode ajudar futuras missões espaciais a encontrar fontes de água em mundos sem ar.
Os cientistas planetários há décadas que estão interessados na origem dos oceanos da Terra. Uma teoria sugere que um tipo de rocha espacial portadora de água, conhecido como asteroides tipo C, poderia ter trazido água para o planeta nos estágios finais da sua formação, há 4,6 mil milhões de anos.
Para testar a sua teoria, os cientistas analisaram anteriormente a "impressão digital" isotópica de pedaços de asteroides tipo C, que caíram na Terra como meteoritos condritos carbonáceos ricos em água. Se a proporção de hidrogénio e deutério na água do meteorito fosse compatível com a da água terrestre, os cientistas poderiam concluir que os meteoritos tipo C eram a fonte provável.
Os resultados não foram assim tão claros. Embora as impressões digitais de deutério/hidrogénio de alguns meteoritos ricos em água realmente correspondam às da água da Terra, muitos não. Em média, as impressões digitais líquidas destes meteoritos não se alinhavam com a água encontrada no manto e nos oceanos da Terra. Ao invés, a Terra tem uma impressão digital isotópica diferente, ligeiramente mais leve.
Por outras palavras, embora parte da água da Terra deva ter vindo de meteoritos tipo C, a Terra em formação deve ter recebido água de pelo menos mais uma fonte isotopicamente leve que teve origem em algum outro lugar do Sistema Solar.
A equipa liderada pela Universidade de Glasgow usou um processo analítico de ponta chamado tomografia de sonda atómica para examinar amostras de um tipo diferente de rocha espacial conhecido como asteroide tipo S, que orbita mais perto do Sol do que os do tipo C. As amostras que analisaram vieram de um asteroide chamado Itokawa, que foram recolhidas pela sonda espacial Hayabusa e enviados para a Terra em 2010.
A tomografia de sonda atómica permitiu à equipa medir a estrutura atómica dos grãos, um átomo de cada vez, e detetar moléculas individuais de água. Os seus achados demonstram que uma quantidade significativa de água foi produzida logo abaixo da superfície de grãos do tamanho de poeira do Itokawa devido a intemperismo espacial.
O Sistema Solar inicial era um lugar muito empoeirado, fornecendo uma grande oportunidade para a água ser produzida sob a superfície das partículas de poeira espacial. Esta poeira rica em água, sugerem os investigadores, teria caído para a Terra primitiva ao lado de asteroides tipo C como parte da "entrega" 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 correntes constituídas principalmente por iões de hidrogénio e hélio que fluem constantemente do Sol para o espaço. Quando esses iões de hidrogénio atingem uma superfície sem ar, como um asteroide ou uma partícula de poeira espacial, penetram algumas dezenas de nanómetros por baixo da superfície, onde podem afetar a composição química da rocha. Com o tempo, o efeito de 'intemperismo espacial' dos iões de hidrogénio pode ejetar átomos de oxigénio suficientes dos materiais na rocha para criar H2O - água - presos nos minerais do asteroide.
"Crucialmente, esta água derivada do vento solar e produzida pelo Sistema Solar inicial é isotopicamente leve. Isso sugere que a poeira de grão fino, golpeada pelo vento solar e atraída para a Terra em formação há milhares de milhões de anos, pode ser a fonte do reservatório ausente de água do planeta."
O professor Phil Bland, professor da Escola de Ciências da Terra e Planetárias da Universidade Curtin e coautor do artigo, disse: "A tomografia de sonda atómica permite-nos dar uma olhada incrivelmente detalhada até aos primeiros mais ou menos 50 nanómetros da superfície dos grãos de poeira do asteroide Itokawa, que completa uma órbita em torno do Sol a cada 18 meses. Permitiu-nos ver que este fragmento de rocha espacial intemperizada continha água suficiente que, se aumentássemos a escala, chegaria cerca de 20 litros por cada metro cúbico de rocha."
A coautora professora Michelle Thompson, do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias da Universidade Purdue, acrescentou: "É o tipo de medição que simplesmente não teria sido possível sem esta tecnologia notável. Isto dá-nos uma visão extraordinária de como pequenas partículas de poeira, flutuando no espaço, podem ajudar-nos a equilibrar a composição isotópica da água da Terra e dar-nos novas pistas para ajudar a resolver o mistério das suas origens."
Os investigadores tiveram muito cuidado para garantir que os resultados dos seus testes fossem precisos, realizando experiências adicionais com outras fontes para verificar os seus resultados.
O Dr. Daly acrescentou: "o sistema de tomografia de sonda atómica na Universidade Curtin é de classe mundial, mas nunca tinha sido usado para o tipo de análise de hidrogénio que estávamos aqui a fazer. Queríamos ter a certeza de que os resultados que víamos eram precisos. Eu apresentei os nossos resultados preliminares na conferência de Ciência Lunar e Planetária em 2018, e perguntei se algum dos colegas presentes nos ajudaria a validar as nossas descobertas com outras amostras. Para nossa alegria, colegas do Centro Espacial Johnson da NASA e da Universidade do Hawaii em Manoa, de Purdue, das Universidades da Virgínia e do Norte do Arizona, laboratórios nacionais do Idaho e Sandia ofereceram-se para ajudar. Deram-nos amostras de minerais semelhantes irradiados com hélio e deutério em vez de hidrogénio e, a partir dos resultados da sonda atómica desses materiais, rapidamente ficou claro que o que estávamos a ver em Itokawa era de origem extraterrestre.
"Os colegas que forneceram o seu apoio nesta investigação realmente representam uma equipa de sonho para o intemperismo espacial, de modo que estamos muito animados com as evidências que recolhemos. Isto pode abrir a porta a uma compreensão muito melhor de como o Sistema Solar primitivo era e de como a Terra e os seus oceanos foram formados."
O professor John Bradley, da Universidade do Hawaii em Manoa, Honolulu, coautor do artigo, acrescentou: "Tão recentemente quanto há uma década, a noção de que a irradiação pelo vento solar é relevante para a origem da água no Sistema Solar, muito menos relevante para os oceanos da Terra, teria sido saudada com ceticismo. Ao mostrar pela primeira vez que a água é produzida in-situ na superfície de um asteroide, o nosso estudo baseia-se na acumulação de evidências de que a interação do vento solar com grãos de poeira ricos em oxigénio realmente produz água.
"Dado que a poeira, que era abundante por toda a nebulosa solar antes do início da acreção planetesimal, foi inevitavelmente irradiada, a água produzida por este mecanismo é diretamente relevante para a origem da água nos sistemas planetários e, possivelmente, para a composição isotópica dos oceanos da Terra."
As suas estimativas de quanta água pode estar contida em superfícies intemperizadas pelo clima espacial também sugerem uma maneira de 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 Hawaii em Manoa, disse: "Um dos problemas da futura exploração espacial humana é como os astronautas vão encontrar água suficiente para os manter vivos e realizar as suas tarefas sem ter que a transportar consigo na sua viagem.
"Achamos que é razoável supor que o mesmo processo de intemperismo espacial que criou a água em Itokawa terá ocorrido, num ou noutro grau, em muitos outros objetos sem ar, como a Lua ou o asteroide Vesta. Isto pode significar que os exploradores espaciais podem muito bem ser capazes de processar novos suprimentos de água diretamente da poeira na superfície planetária. É empolgante pensar que os processos que formaram os planetas podem ajudar a suportar a vida humana conforme nos deslocamos para lá da Terra."
O Dr. Daly conclui: "O projeto Artemis da NASA está a preparar-se para estabelecer uma base permanente na Lua. Se a superfície lunar tiver um reservatório de água semelhante proveniente do vento solar que esta investigação descobriu em Itokawa, isso representaria um recurso enorme e valioso para ajudar a atingir esse objetivo."
