Bracht de inslag van protoplaneet Theia het water op Aarde?

Net als je denkt dat we een beetje een idee hebben van waar het water op Aarde vandaan komt, verschijnt er weer een andere theorie. Astronomen van de Universiteit van Münster opperen dat de protoplaneet Theia, die ongeveer 20 miljoen jaar na het ontstaan van de Aarde op onze planeet botste, water meegebracht kan hebben.

Aanvankelijk werd gedacht dat Theia, een planeet ter grootte van Mars, afkomstig was van het binnenste deel van ons zonnestelsel. Dat zou dan beteken dat Theia rotsachtig was. Hoe zit dat? Nou, de planeten zijn ontstaan uit een schijf van stof en gas die rond de jonge zon draaide. Alleen was de zon toen veel actiever van nu, waardoor het binnenste deel van die stofschijf (binnen de zongenaamde “snow line”) flink verhit werd. Daardoor werd water in die regio verdampt en daarom bestaan de binnenplaneten voornamelijk uit ijzer en rots.

Dit nieuwe wetenschappelijke artikel komt met bewijs dat Theia van het buitenste deel van ons zonnestelsel afkomstig is (buiten de “snow line”). Hoe hebben ze dat achterhaald?

De astronomen hebben hiervoor gekeken naar isotopen van molybdeen. Aan de hand van molybdeen isotopen kan een onderscheid gemaakt worden tussen materiaal van de buitenste regionen van ons zonnestelsel en het binnenste deel. Het geeft een soort van vingerafdruk waar in ons zonnestelsel materiaal vandaan kwam. Dat hebben we geleerd van meteorieten.

Molybdeen bevindt zich bovendien graag in de buurt van ijzer. Toen de Aarde nog jong en voornamelijk vloeibaar was, vertrok ijzer naar de kern van de Aarde, waar het zich nog altijd bevindt. Volgens de theorie zou molybdeen meeverhuisd zijn met het ijzer naar de binnenkant van de Aarde. Er is echter ook molybdeen in de korst van de Aarde, dus het idee is dat dat later is aangekomen. Dat heeft echter andere molybdeen isotopen.

Als Theia inderdaad van het buitenste deel van ons zonnestelsel afkomstig is, dan bevatte het waarschijnlijk ook het nodige water. Het zou betekenen dat Theia niet alleen ons van een maan voorzag, maar ook nog eens water bracht.

Bron:

https://www.universetoday.com/142290/the-collision-that-created-the-moon-might-have-also-brought-water-to-the-early-earth/

Kometen misschien toch bron van water op Aarde?

Kometen zijn weer terug in de race als een bron van het water in onze oceanen. Waar het water op onze planeet vandaan komt, is namelijk nog altijd een mysterie. Dat zit zo: 4,6 miljard jaar geleden is onze zon ontstaan. En rond onze ster was een schijf van stof en gas. Daar zat ook water bij, maar de hitte van de jonge zon deed dat water in het binnenste deel van die stofschijf verdampen. Het water en andere vluchtige stoffen verdwenen dus. Uit dat binnenste deel is onze planeet ontstaan.

Dus hoe zijn wij dan geëindigd met een planeet met zoveel water? Om dat te onderzoeken is water van kometen onderzocht op de hoeveelheid deuterium in het water. Deuterium is een broertje van het waterstof-atoom, maar dan verzwaard met een neutron. Water met waterstof verdampt sneller dan water met deuterium (zwaar water). Dat levert een bepaalde verhouding tussen deze twee stoffen op (D/H ratio).

Van een aantal kometen weten we nu die verhouding tussen deuterium en waterstof, zoals bijvoorbeeld dankzij de Rosetta missie. Maar de verhouding komt niet overeen met dat op Aarde. En dus zijn astronomen de aandacht al aan het verleggen naar asteroïden als bron van water.

413294main_ED09-0352-01_full_full.jpg
Het SOFIA observatorium is gebouwd in een Boeing 747SP. De spiegel van de telescoop is 2,5 meter in doorsnede. Het is een samenwerkingsverband van NASA en de Duitse ruimtevaartorganisatie DLR.

Maar bij nieuwe metingen van NASA’s vliegende observatorium SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) aan komeet 46P/Wirtanen, is wel een zelfde verhouding deuterium-waterstof gevonden. Dat is de derde komeet die wel overeenkomt met water op onze planeet. De eerdere twee waren: 103P/Hartley en 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková. Er is iets wat deze drie kometen gemeen hebben: het zijn hyperactieve kometen.

Hyperactieve kometen spuwen op een of andere manier stukken ijs in hun coma. Daar sublimeren ze pas, in plaats van op het oppervlak van de komeet, zoals bij gewone kometen. Een aantal astronomen denkt nu dat er op niet-hyperactieve kometen de verhouding deuterium-waterstof onder invloed van zonlicht op de een of andere manier verandert is. Bij hyperactieve kometen komt het ijs meer van binnen en is mogelijk nog ongewijzigd, ofwel veel meer zoals het water op Aarde.

De theorie overtuigt nog niet iedereen, maar er kunnen verdere tests in Aardse laboratoria gedaan worden. Bijvoorbeeld of de deuterium-waterstof verhouding op een of andere manier beïnvloed kan worden.

Bron:

https://www.scientificamerican.com/article/hyperactive-comets-hint-at-origins-of-earths-oceans/

 

Onderzoekers vinden water in deeltjes van asteroïde Itokawa

Hoeveel kun je leren van een paar stofdeeltjes van een asteroïde die half zo groot als de doorsnede van een menselijke haar zijn? Verrassend veel toch, zolang je ze in Aardse laboratoria kunt onderzoeken. De Japanse missie Hayabusa (voorganger van Hayabusa 2) bracht in 2010 stofdeeltjes van de asteroïde Itokawa naar Aarde. Vijf van die stofdeeltjes werden “uitgeleend” aan de Arizona State University. Wetenschappers daar hebben achterhaald dat er in twee van de deeltjes water zit.

Dit is een verrassing. Uit eerder onderzoek bleek dat Itokawa flink wat te verduren heeft gehad. Het ontstond uit puin dat vrijkwam van een botsing in de asteroïdengordel 1,4 miljard jaar na de vorming van de zon. Bij die en andere botsingen kwam veel warmte vrij. Die warmte zou water compleet hebben kunnen doen verdampen.

Maar de onderzoekers vonden water in pyroxeen kristallen. Wetenschappelijk is dit zeer interessant, want dit kan helpen bij de onopgeloste puzzel waar het water van onze oceanen vandaan komt. Het water dat gevonden is in deze deeltjes heeft dezelfde samenstelling, qua isotopen, als water op Aarde. Het team denkt dat asteroïden zoals Itokawa de helft van het water op Aarde geleverd zouden kunnen hebben.

5cc95e29570d5.jpg
De onderzoekers van Arizona State University Maitrayee Bose (links) en Ziliang Jin (rechts) bij het Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometer (NanoSIMS) instrument dat ze gebruikt hebben om dit onderzoek te doen. (Foto: M. Bose)

 

Bronnen:

https://asunow.asu.edu/20190501-discoveries-asu-researchers-find-water-in-asteroid-itokawa-samples

https://advances.sciencemag.org/content/5/5/eaav8106

Credits coverafbeelding: Credit: Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), bewerkt door Z. Jin en M. Bose

Magma is misschien het antwoord op de vraag hoe de maan gevormd werd

Zelfs 50 jaar na Apollo 11 blijven er vragen over hoe de maan is ontstaan. De gangbare theorie is dat 50 miljoen jaar na de vorming van het zonnestelsel een protoplaneet ter grootte van Mars, Theia genoemd, op onze jonge planeet ingeslagen is. Als je die theorie test in een computersimulatie krijg je een maan die voornamelijk bestaat uit het materiaal van Theia. Uit 382 kilogram aan monsters die de Apollo vluchten terug brachten bleek dat de maan voornamelijk uit hetzelfde materiaal als de Aarde bestaat. Dus wat klopt er niet?

Wetenschappers uit Japan en de V.S. zeggen nu dat in de bestaande modellen een ding over het hoofd gezien is: de Aarde was in die tijd bedekt met een zee van magma, terwijl Theia al een vast object was. Na de inslag werd het magma nog meer verhit en zette het uit. Als je dat gegeven in de computersimulatie meeneemt, dan komt dat magma in een baan rond de Aarde en vormt een maan met 80% materiaal van de Aarde.

Zulke computersimulaties worden trouwens uitgevoerd in supercomputers die de trajecten van miljoenen tot miljarden deeltjes kunnen berekenen. Voor een wetenschappelijk artikel zoals deze worden bovendien vele variabelen getest om te zien of de theorie dan nog steeds stand houdt. Hierna zullen andere wetenschappers waarschijnlijk de theorie willen testen, bijvoorbeeld met monsters die met Apollo verzameld zijn.

Bron:

https://phys.org/news/2019-04-magma-key-moon-makeup.html

Credits afbeelding: Hosono, Karato, Makino en Saitoh

Maansteen heeft mogelijk een stukje Aarde in zich

Een 9 kg wegende maansteen (bijgenaamd “Big Bertha”) die in 1971 door Apollo 14 meegenomen werd, heeft mogelijk een stukje van de vroege Aarde in zich. Een fragment van 2 cm ervan blijkt te bestaan uit kwarts, veldspaat en zirkoon. Die mineralen zijn vrij gewoon op Aarde, maar zeldzaam op de maan. Chemische analyse laat zien dat deze stoffen gekristalliseerd zijn in een “aardachtig geoxideerd systeem” en bij Aardse temperaturen. Het zou daarmee het oudste gesteente van de Aarde ooit zijn.

Dit gesteente zou 4 miljard jaar geleden 20 kilometer onder het Aardse oppervlak ontstaan zijn en door een of meerdere inslagen in de ruimte geschoten zijn. Daarna is het op een zeker moment op de maan terecht gekomen. De maan stond toen drie keer dichterbij de Aarde dan nu. Toen het op de maan kwam, werd het onderworpen door nieuwe inslagen. De laatste daarvan gebeurde 26 miljoen jaar geleden.

Het is niet helemaal zeker dat dit van Aarde afkomstig is. Er is nog een kans dat het gekristalliseerd is op de maan, maar dan moet het van enorme diepten naar boven zijn gekomen. De wetenschappers die met de ontdekking kwamen, vermoeden zelf dat de controverse nooit helemaal uit de lucht zal zijn.

http://spaceref.com/moon/earths-oldest-rock-found-on-the-moon.html

Documentatie over deze maansteen:

https://www.hq.nasa.gov/alsj/a14/a14BigBertha14321.pdf