Van contribuir els cometes de la família de Júpiter a l’aigua de la Terra?

Els planetes rocosos com la Terra es van formar per l’agregació de milions de petits cossos, i alguns dels seus trets actuals van ser finalment esculpits per la col·lisió final d’embrions planetaris, cossos similars als majors asteroides que avui dia coneixem, com Ceres i Vesta. El passat de la Terra va estar marcat per materials parcialment deshidratats per haver estat sotmesos a altes temperatures i pressions pel metamorfisme i les gegantines col·lisions. Per aprofundir en aquests processos disposem dels isòtops: alguns elements químics posseeixen en els nuclis un nombre diferent de neutrons, la qual cosa en canvia lleugerament la massa atòmica i les propietats. Què ens diuen els isòtops sobre aquests processos primigenis?

Reproducció artística de la Terra primitiva sotmesa a l’impacte per asteroides i cometes - Imatge: NASA

La formació de la Terra: relativa absència d’aigua als blocs constitutius

De fet, la composició de les roques que formen la Terra posseeix les tres varietats d’isòtops d’oxigen conegudes: ¹⁶O, ¹⁷O i ¹⁸O. Aquests tres isòtops participen de manera clau en la formació de roques, des dels basalts fins als granits o els silicats que dominen la Terra. Les proporcions d’isòtops d’oxigen en aquestes roques terrestres revelen una connexió directa amb els asteroides associats als meteorits condrites d’enstatita o als ordinaris, i indiquen que aquests cossos van ser majoritaris com a baules formatives del nostre planeta. Val a dir que la Terra es va formar de l’agregació de milions d’asteroides.

No obstant això, aquests asteroides solen caracteritzar-se per haver-se format a altes temperatures i havent perdut bona part de l’aigua que, en alguns casos, sabem que contenien. Per això, davant d’un planeta com la Terra on l’aigua té un paper essencial, tant a l’atmosfera, la hidrosfera o l’escorça com al mantell terrestre, podríem preguntar-nos: d’on vingué l’aigua terrestre?

L’hidrogen pesant o deuteri pot tenir la resposta

Efectivament, en cosmoquímica és habitual comparar l’aigua que tenim als oceans amb la que va quedar emmagatzemada en altres cossos del sistema solar.

A l’aigua terrestre domina l’hidrogen, que té un àtom senzill el nucli del qual conté un protó. No obstant això, a l’aigua de mar hi ha un 1,5% de molècules d’aigua que contenen l’anomenat hidrogen pesant o un àtom de deuteri, és a dir, un hidrogen amb un protó i un neutró i, per tant, amb nombre de massa més elevat.

Sense entrar en més detalls, la idea clau és que les proporcions de l’aigua podrien mantenir-se en processos d’aportació externs d’aigua a la Terra. Almenys és una aproximació que ens serveix per buscar una connexió amb altres objectes del sistema solar.

La proporció de deuteri a l’aigua del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko

Una de les missions espacials estrella de l’Agència Europea de l’Espai (ESA) ha estat Rosetta, dedicada a l’estudi i cartografiat exhaustiu del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. Durant els dos anys que va seguir de prop aquest cometa va poder estudiar-lo amb instrumentació capdavantera i els resultats van suposar un avenç sense precedents en la nostra comprensió de la natura, comportament i evolució dels cometes.

Figura 1. Imatge del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko presa, des d’uns 85 km del centre, per la càmera de navegació Rosetta de l’ESA el 14 de març de 2015. Imatge cortesia: ESA/Rosetta/NAVCAM

Els cometes són una amalgama porosa de petites partícules minerals, gels i matèria orgànica. En particular, el gel d’aigua sol dominar i en ser escalfat se sublima i passa a formar part de la coma del cometa. Els estudis pioners realitzats el 2014 de la proporció hidrogen pesant o deuteri d’aquest cometa van revelar una sorpresa: es va trobar una concentració més alta que a qualsevol cometa, apuntant que era prop de tres vegades més gran que la que hi ha present als oceans de la Terra. Això semblava indicar que potser aquest tipus de cometes no eren la panacea i no podien haver transportat al llarg dels eons l’aigua del nostre planeta.

No obstant això, s’ha publicat a Science Advances un nou estudi (“A nearly terrestrial D/H for comet 67P/Churyumov-Gerasimenko”) liderat per Kathleen Mandt, una de les investigadores que formaren part de l’equip de la missió Rosetta. Mandt va quedar intrigada per l’esmentat resultat inesperat, fet que la va motivar a recalibrar aquestes observacions tenint en compte l’efecte que la presència de pols micromètrica va poder tenir en l’estudi previ, perquè, al cap i a la fi, Rosetta es trobava dins la pròpia coma del cometa. No ha estat una tasca fàcil i l’equip ha hagut d’emprar una tècnica avançada de càlcul estadístic per automatitzar el laboriós procés de mesurar la proporció de deuteri en l’aigua dels més de 4.000 mesuraments obtinguts per la sonda Rosetta en la cabellera de gas i pols que envolta el 67P/Churyumov-Gerasimenko.

El resultat d’aquests nous càlculs no poden deixar-nos indiferents. Pel que sembla, la família de cometes de Júpiter, des d’on encara ens arriben meteoroides de dimensions significatives, posseeix una proporció de deuteri pràcticament idèntica a la que trobem a l’aigua dels oceans terrestres.

Figura 2. Mesures dels isòtops continguts a l’aigua de diversos objectes del sistema solar. Els mesuraments es comparen amb els valors terrestres de VSMOW (línies discontínues). S’han reportat diverses espècies per al cometa Rosetta 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G; diamants negres oberts amb barres d’error blaves) i s’han comparat amb els resultats d’aquest treball (quadrats negres oberts amb barres d’error blaus). (A) Per a la comparació es fa servir mesures D/H a les condrites (gris), llunes de Saturn (cian i taronja), dos cossos transneptunians TNOs (blau acer) i diversos cometes del núvol d’Oort (blau) i de la família de Júpiter (blaus amb contorn negre). (B) El quocient d’isòtops de l’oxigen ¹⁶O/¹⁷O és conegut per al Sol, Mart i les condrites (gris), el satèl·lit Tità (taronja) i el cometa 67P/C-G. (C) I el quocient d’isòtops ¹⁶O/¹⁸O també s’ha mesurat a Júpiter, Venus, diversos cometes del núvol d’Oort (OCC; farcits de blau) i un cometa addicional de la família de Júpiter (blau amb contorn negre) - Imatge reproduïda amb permís de l’autora: Mandt et al. (2024) Science Advances

Aquest resultat que relaciona l’aigua de la Terra amb la continguda en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko és coherent amb els mesuraments duts a terme de les proporcions de l’aigua sublimada d’altres cometes. En qualsevol cas, encara caldrà estudiar certs objectes hidratats del cinturó d’asteroides, com el mateix Ceres, el contingut del qual en aigua sembla superar fins i tot el del nostre propi planeta, per la qual cosa l’hem posat en el focus d’una futura missió espacial.      

Imatge de capçalera: Reproducció artística de la Terra primitiva sotmesa a l’impacte per asteroides i cometes - Imatge: NASA.