В следующий раз, когда вы придёте на берег моря или большого озера, или просто выпьете стакан холодной воды, подумайте о том, откуда она взялась. Существует множество путей, по которым вода могла попасть на зарождавшуюся Землю: через кометы, «мокрые астероиды», а также в результате извержения газов при раннем вулканизме. У Астера Тейлора, аспиранта Мичиганского университета, есть другая идея: тёмные кометы. Они представляют собой нечто среднее между астероидами и кометами и могли сыграть свою роль в доставке воды на нашу планету.
Тёмные кометы — это небольшие небесные тела Солнечной системы. Они имеют короткий период вращения благодаря негравитационным толчкам за счёт сублимации, которая создаёт струи. Эти загадочные объекты, вероятно, составляют более половины всех околоземных объектов.
Тёмные кометы и астероиды
Планетологи рассматривают тёмные кометы как популяцию активных астероидов. Однако они не относятся к той же категории, что обычные астероиды и кометы. Они находятся на околоземных орбитах, поэтому, когда одна из них проходит близко к Солнцу, у неё не вырастает кома. Из-за отсутствия комы их называют «тёмными кометами». Однако их сублимационные струи, похоже, являются реакцией на излучение Солнца. Вероятно, они богаты водяным льдом, поэтому возникает интересный вопрос. Могли ли они также быть источником воды для Земли в далёком прошлом?
«Мы не знаем, доставили ли эти тёмные кометы воду на Землю», — говорит Тейлор. «Но мы можем сказать, что до сих пор ведутся споры о том, как именно вода попала на Землю», — говорит Тейлор. «Проделанная нами работа показала, что это ещё один путь доставки льда из остальной части Солнечной системы в земную среду».
Доставка воды с малых тел
История о том, как Земля получила воду, до сих пор не раскрыта. Согласно одной из теорий, молодая Земля образовалась, уже имея в запасе молекулярные предшественники воды. Согласно другой, воду на Землю принесли астероиды и кометы во время или сразу после её образования. Это интересно, потому что большинство астероидов находятся вблизи так называемой «линии льда» — области далеко за пределами Земли, где жидкости замерзают. Что-то побудило их отправиться во внутреннюю часть Солнечной системы. Когда они приблизились к Солнцу, их лёд сублимировался. То же самое происходит и с кометой. Так что, возможно, и кометы, и планетезимали были носителями воды во время формирования Земли. Вулканическая активность могла высвободить захваченную ими воду в виде пара.
А как насчёт влажных астероидов? Откуда они взялись? Мы знаем, что кометы формируются в более холодной части протосолнечной туманности. Каким-то образом (через гравитационные возмущения и динамические воздействия) они попали во внутреннюю часть Солнечной системы. Там они столкнулись с Землёй (так же, как комета Шумейкеров-Леви 9 столкнулась с Юпитером в 1994 году).
Остаются богатые водяным льдом астероиды или «тёмные кометы». Большинство богатых водой астероидов или «тёмных комет» находятся в Поясе астероидов. Однако немало их вращается и во внутренней части Солнечной системы. Эти околоземные объекты, вероятно, проложили себе путь к Солнцу благодаря гравитационному взаимодействию с Юпитером или другими мирами. Те из них, на поверхности которых или под их поверхностью содержится некоторое количество водяного льда, могли стать механизмом доставки воды на раннюю Землю.
Поиск богатых водой тёмных комет
По словам Тейлора, то же самое можно сказать и о тёмных кометах. «Мы думаем, что эти объекты прибыли из внутреннего и/или внешнего главного пояса астероидов, и из этого следует, что это ещё один механизм доставки льда во внутреннюю часть Солнечной системы», — сказал он. «Возможно, во внутреннем главном поясе больше льда, чем мы думали. Там может быть больше подобных объектов. Это может быть значительная часть ближайшей популяции. На самом деле мы не знаем, но благодаря этим находкам у нас появилось много новых вопросов».
Чтобы проверить свои идеи о тёмных кометах, Тейлор и члены команды создали динамические модели, которые рассматривали различные популяции этих объектов и моделировали возможные пути, по которым они могли бы добраться до Земли. Многие из этих объектов в модели оказались там, где сегодня существуют тёмные кометы — на орбитах, которые приводят их во внутреннюю часть Солнечной системы. Модель показала команде, что многие из этих объектов оказались там, где сегодня находятся тёмные кометы, и что их источником является главный пояс астероидов.
Один объект подразумевает многие
Работа команды также предполагает, что один крупный объект может происходить из комет семейства Юпитера, орбиты которых проходят близко к Юпитеру. Этот объект называется 2003 RM и движется по эллиптической орбите, которая приближает его к Земле, затем к Юпитеру и обратно мимо Земли. Её орбита довольно типична для комет семейства Юпитера, которые были сбиты со своей орбиты.
Исследования группы Тейлора были сосредоточены на семи тёмных кометах. Результаты их работы позволяют предположить, что от 0,5 до 60 % всех околоземных объектов могут быть тёмными кометами, которые не ускоряются за счёт гравитационного взаимодействия. Вместо этого такие объекты испытывают негравитационное ускорение, то есть движутся за счёт «реактивного действия» льда при его сублимации. Исследователи предполагают, что эти тёмные кометы, скорее всего, прибыли из пояса астероидов, но двигались они за счёт этих негравитационных ускорений. Они также считают, что другие астероиды пояса также содержат лёд.
Подробнее о тёмных кометах
Популяция тёмных комет включает в себя небольшие быстро вращающиеся объекты, особенно по сравнению с более крупными астероидами. Известно, что кометы вращаются довольно быстро, потому что по мере приближения к Солнцу они начинают терять свой лёд в результате сублимации. Как мы видели, когда космический аппарат «Розетта» изучал комету 67P/Чурюмова-Герасименко, в процессе сублимации ядро кометы выбрасывает небольшие струи. Эти струи толкают ядро кометы вперёд. Они также ускоряют его, придавая объекту то самое негравитационное ускорение, о котором говорилось выше. Сублимация также может заставить объект вращаться довольно быстро. Если он вращается достаточно быстро, объект (ядро кометы или астероид) распадается на части.
«На этих обломках также будет лёд, поэтому они будут вращаться все быстрее и быстрее, пока не распадутся на новые куски», — говорит Тейлор. «Вы можете просто продолжать делать это, становясь всё меньше и меньше и меньше. Мы предполагаем, что способ получения этих маленьких, быстро вращающихся объектов заключается в том, что вы берёте несколько больших объектов и разбиваете их на части».
По мере того как эти тёмные объекты теряют свой лёд, они становятся ещё меньше и вращаются быстрее. Команда Тейлора считает, что если большая тёмная комета 2003 RM, скорее всего, была более крупным объектом, выброшенным из внешнего главного пояса Пояса астероидов, то шесть других изученных объектов, вероятно, прибыли из внутреннего главного пояса. Вероятно, они были частью более крупного объекта, который был отброшен внутрь и распался на части. Дальнейшее изучение этой и подобных тёмных комет должно помочь определить, какой вклад эти объекты сыграли в доставку воды на Землю.
