Die Idee, dass Kometen Wasser auf die Erde brachten, gewann Ende letzten Jahres an Dynamik, als Astronomen im Kometen Hartley 2 ozeanähnliches Wasser ankündigten.
Komet Hartley 2. Bildnachweis: NASA
Im Laufe der Jahre haben vier prominente Theorien, die den Ursprung des Wassers auf der Erde erklären, an Bedeutung gewonnen. In einem Fall haben wasserreiche Asteroiden und Meteoriten die Säuglingserde getroffen und das Wasser mit brachialer Gewalt über den Planeten verteilt. In einem anderen, ruhigeren Prozess bildeten sich die Ozeane, als Wasserstoff und Sauerstoff in den Materialien, aus denen die Erde bestand (z. B. Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff in Eisenoxiden), sich chemisch unter der Erdkruste verbanden und als vulkanischer Dampf auf der Oberfläche kondensierten und regneten . Eine neuere Theorie legt nahe, dass Wassermoleküle tatsächlich an den Oberflächen der interstellaren Staubkörner haften, die sich angesammelt haben, um das Sonnensystem zu bilden. In diesem Fall hat sich das Wasser gleichzeitig mit dem Rest des Planeten angesammelt. Und zu guter Letzt gibt es die Kometen.
Komet Hyakutake. Bildnachweis: E. Kolmhofer, H. Raab; Johannes-Kepler-Observatorium
Es ist seit Jahrzehnten allgemein anerkannt, dass Kometen einen großen Teil des Wassers auf die Urerde brachten. Trotz der scheinbar logischen Verbindung zwischen Kometen und Ozeanen gab es ein ernstes Problem mit dieser Theorie: Die Zusammensetzung des Wassers, die bisher in Kometen nachgewiesen wurde, hat sich grundlegend von der der Ozeane der Erde unterschieden, so dass sie möglicherweise keine primäre sein könnten Quelle. Dieses Problem war ernst genug, um das Kometenquellenmodell insgesamt zu bedrohen. Zumindest war es bis jetzt so.
Nicht jedes Wasser ist gleich
Das Kompositionsproblem, das das Kometenmodell verfolgt, ist in der atomaren Struktur des Ozeanwassers verwurzelt. Es stellt sich heraus, dass nicht alles Ozeanwasser aus "normalem" Wasser (d. H. H2O) besteht. Etwa eines von 3.200 Wassermolekülen im Ozean ist a schweres Wasser Molekül aus Deuterium - ein Wasserstoffatom mit einem zusätzlichen Neutron. Wenn sich dieses Wasserstoffisotop mit Sauerstoff zu Wasser verbindet, ist es ungefähr 10 Prozent schwerer als die weitaus häufigere Form von Wasser, die wir auf der Erde überall finden.
Jede Theorie des Wassertransports zur Erde aus dem Weltraum muss dieses spezifische Verhältnis von regulären zu schweren Wassermolekülen berücksichtigen. Aus diesem Grund bevorzugen viele Forscher beispielsweise das Asteroiden-Wirkungsmodell. Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass Asteroiden und einige Meteoriten das richtige Verhältnis von schwerem zu normalem Wasser aufweisen.
Damit Kometen eine Quelle für das Meerwasser der Erde sind, müssen sie auch das richtige Verhältnis von schwerem zu normalem Wasser enthalten. Bis zum Kometen Hartley 2 wurde jedoch kein Komet gefunden, der dieses entscheidende Kriterium erfüllt.
Tatsächlich war die spezifische Chemie von Kometen bis in die 1980er Jahre unbekannt, als die ersten direkten Messungen von Kometeneis auf Halleys Kometen und - Jahre später - auf Kometenhyakutake durchgeführt wurden. Leider enthielten diese beiden Kometen doppelt so viel schweres Wasser wie auf der Erde. Das bedeutete, dass sie und Kometen wie sie möglicherweise keine Quelle für Meerwasser sein konnten. Das Kometenmodell sank schnell.
Aber die Wissenschaftler wollten nicht aufgeben. Im Jahr 2000 nutzten Wissenschaftler eine seltene Gelegenheit, um das Kometenwasser erneut zu messen, als sich der Komet LINEAR auflöste, als er sich der Sonne näherte. Während das richtige Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff nicht direkt gemessen wurde, deuteten andere chemische Tracer nachdrücklich darauf hin, dass Deuterium in genau der richtigen Menge vorhanden war, die zur Erklärung der Zusammensetzung des Meerwassers erforderlich war.
Während der nächsten 10 Jahre war die Jury immer noch unschlüssig, ob Kometen die richtige Menge Deuterium enthalten könnten oder nicht. Heutzutage scheinen dank Comet Hartley 2 die Kometen wieder im Spiel zu sein!
Es wird angenommen, dass Kometen wie Hartley 2 und LINEAR, die beide im Kuiper-Gürtel nahe der Jupiter-Umlaufbahn entstanden sind, über die entsprechende Menge an schwerem Wasser verfügen. Solche Kometen zu finden ist eine Herausforderung, da Gravitationsstörungen im Laufe der Zeit diese Kometenquelle erschöpft haben. Die Kometen Halley und Hyukatake stammten nicht aus derselben Region, was ihre völlig unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen erklärt.
NASA-Aufnahme des Kerns von Hartley 2 mit überlagerten Spektren von normalem und schwerem Wasser, aufgenommen mit einem Instrument im fernen Infrarot an Bord des Herschel-Weltraumobservatoriums. Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech / R. Verletzt
Ted Bergin von der University of Michigan - ein Mitglied des Teams, das 2011 in Comet Hartley 2 ozeanähnliches Wasser entdeckte - gab zu, dass das Ergebnis auf einer Stichprobe von einer basiert. Er erzählte EarthSky im vergangenen Herbst:
Wir müssen wirklich wissen, ob dieser Komet ein repräsentatives Mitglied des Kuipergürtels ist. Es ist eine sehr wichtige Messung, aber wir brauchen mehr, um die Teile dieses Puzzles zusammenzusetzen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Menge an Material, die zu den Ozeanen der Erde hätte beitragen können, vielleicht größer ist, als wir dachten. Dies fügt der Geschichte hinzu, dass das Materialreservoir, das möglicherweise mit der richtigen Art von Wasser auf die Erde gebracht werden kann, viel größer ist. Dies bedeutet nicht, dass Kometen Wasser auf die Erde gebracht haben, sondern eher, dass sie es könnten.
Während es am wahrscheinlichsten ist, dass Wasser durch eine Vielzahl von Prozessen auf die Erde gelangt ist, bestätigt diese neueste Entdeckung die Theorie, dass Kometen viel mehr Wasser zur Erde beigetragen haben, als kürzlich angenommen wurde.
Was nun den Ursprung der Kometen selbst betrifft? Das ist eine Frage für einen anderen Regentag.
Fazit: Astronomen streiten sich seit Jahrzehnten darüber, wie die Erde ihr Wasser bekommen hat. Mit dem Herschel-Weltraumobservatorium zur Untersuchung des Kometen Hartley 2 (103P / Hartley) fand ein internationales Team von Astronomen, darunter Ted Bergin von der University of Michigan, 2011 den ersten Kometen, der ozeanähnliches Wasser enthielt. Der Komet ist der Komet Hartley 2. Diese Ergebnisse wurden online am 5. Oktober 2011 in der Zeitschrift veröffentlicht Natur.