Przełomowe techniki pozwalają na odkrywanie początków Układu Słonecznego
Każdego roku naukowcy dopisują kolejne rozdziały najwspanialszej opowieści, jaką kiedykolwiek usłyszał świat – historii pochodzenia naszego Układu Słonecznego. Zrozumienie procesu, który doprowadził do uformowania się otaczających nas planet nie tylko zaspokoi ciekawość badaczy, ale także pomoże nam w poszukiwaniu innych światów nadających się do zamieszkania w całym Wszechświecie. W tej historii jedną z najważniejszych ról odgrywają pierwiastki lotne – substancje chemiczne, które z łatwością zamieniają się w parę, czyli między innymi wodór, dwutlenek węgla i woda. Pierwiastki lotne odgrywają istotną rolę w procesach funkcjonalnych planety i mają kluczowe znaczenie dla rozwoju życia. Na Ziemi odpowiadają między innymi za właściwości fizyczne skał i ruchy płaszcza, a także pomagają w wytwarzaniu pola magnetycznego. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu PRISTINE opracował nową metodę, która pozwoli nam lepiej zrozumieć ich charakter i naturę. Zamiast skupiać się na pomiarze występowania tych pierwiastków, zespół PRISTINE zajmuje się analizą ich izotopów – atomów pierwiastków chemicznych charakteryzujących się nieco inną masą. Izotopy powstają z czasem pod wpływem przemian fizycznych i chemicznych zachodzących w środowisku, dlatego ich analiza może wskazać na procesy, które zaszły w przeszłości. Badacze projektu PRISTINE skoncentrowali się na stosunkach występowania izotopów w próbkach pozaziemskich zebranych podczas dotychczasowych misji kosmicznych. Dzięki pracom zrealizowanym w ramach projektu wiemy już więcej na temat pochodzenia Księżyca. Jedna z najważniejszych teorii zakłada, że Księżyc powstał w wyniku zderzenia wczesnej Ziemi z inną małą planetą. „Dzięki zgromadzonym przez nasz zespół danym możemy po raz pierwszy stwierdzić, że w następstwie tego zdarzenia Księżyc musiał stracić swoje pierwiastki lotne, które prawdopodobnie spadły z powrotem na Ziemię”, mówi Frederic Moynier, kosmochemik z Uniwersytetu Paryskiego.
Nowe techniki poszukiwania pierwiastków lotnych
Zespół badawczy wykorzystał kilka najnowocześniejszych urządzeń – wielokolektoworych spektrometrów mas z jonizacją w plazmie indukcyjnie sprzężonej, które pozwalają na analizę stosunków izotopów. „W tego rodzaju spektrometrach pierwiastki są jonizowane w plazmie argonowej i rozdzielane elektromagnetycznie, a następnie mierzona jest ich liczebność”, wyjaśnia Moynier. Jedną z trudności jest to, że naukowcy muszą umieścić w urządzeniu wyłącznie badany pierwiastek, w związku z czym muszą stosować metody chemiczne, aby wyodrębnić z próbek czysty pierwiastek i odrzucić pozostałości. W związku z tym w ramach prac zespół opracował metody analizy stosunków izotopów metali lotnych, takich jak cynk i rubid, w próbkach pobranych z Księżyca i Ziemi. „Wykazaliśmy, że zniknięcie substancji lotnych z Księżyca musiało nastąpić w ramach procesu parowania zachodzącego na dużą skalę. Innymi słowy ustaliliśmy, że w materiale, z którego powstał Księżyc, występowały pierwiastki lotne, które następnie zniknęły – być może nawet w czasie jego powstawania”, dodaje.
Nowy projekt pozwoli pogłębić wiedzę
Wyniki badań znacząco poszerzają naszą wiedzę na temat powstania Księżyca, ale mimo to wiele badań nadal pozostaje bez odpowiedzi. „Nasi badacze zasugerowali, że pierwiastki lotne z Księżyca mogły trafić z powrotem na Ziemię, jednak mechanizm tego procesu nie mógł być prosty. Obecnie współpracujemy z naukowcami zajmującymi się modelowaniem astrofizycznym, aby rozwiązać tę zagadkę”, dodaje. Prace w ramach projektu PRISTINE dobiegły już końca, jednak Moynier zamierza kontynuować badania w ramach nowego grantu przyznanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych. W ramach kolejnego projektu – METAL – badacze skupią się na poszerzaniu wiedzy na temat początków Układu Słonecznego. „Gdy dowiemy się, w jaki sposób planety Układu Słonecznego pozyskały pierwiastki lotne, będziemy mogli przełożyć tę wiedzę na planety pozasłoneczne”, zauważa Moynier. Ze względu na niedawno wystrzelony przez NASA teleskop James Webb Space Telescope, który już wkrótce zacznie dostarczać nowe obrazy kosmosu, a także nowe próbki pobrane przez japońskich naukowców z asteroidy Ryugu, badania tego zespołu są wyjątkowo ekscytujące.
Słowa kluczowe
PRISTINE, Księżyc, Ziemia, słoneczny, układ, pochodzenie, lotne, powstawanie, przestrzeń kosmiczna, planety, woda