Waterschild kan de oceanen van de aarde hebben gezaaid

Het vroege zonnestelsel was moeilijk voor moleculen. Er waren toen maar weinig plaatsen om zich te verbergen voor de harde ultraviolette straling van de jonge zon. Echter, nieuwe theoretische modellen tonen aan dat waterdamp een soort schild opleverde? zoals de ozonlaag in de atmosfeer van de aarde? die beschermde moleculen in de planeetvormende schijf.

Dit waterschild kan de schijf helpen vasthouden aan water dat later de oceanen van de aarde zaaide. Het kan ook een veilige haven zijn geweest voor enkele van de biologische bouwstenen waarvan bekend is dat ze zich in de ruimte vormen. ?

"Water is in principe in staat zichzelf op te offeren om de chemie eronder te beschermen", zegt Ted Bergin van de Universiteit van Michigan in Ann Arbor.

Bergin en collega Thomas Bethell berekenden de overlevingskans van waterdamp in de binnengebieden van jonge planetaire systemen. Enigszins onverwacht ontdekten ze dat een paar duizend oceanen aan water kunnen ontsnappen aan UV-vernietiging.

De resultaten, gerapporteerd in een recent nummer van het tijdschrift Wetenschap, kan recente waarnemingen van waterdamp rond jonge sterren verklaren, en wetenschappers helpen om te modelleren hoe planeten zich vormen.

Sterrenlicht, ster helder

Wanneer een ster wordt geboren uit een dichte wolk van stof en gas, komt een deel van het wolkenmateriaal terecht in een platte schijf die rond de centrale ster cirkelt.

In eerste instantie bevat het gas in de wolk enkele eenvoudige moleculen, maar zodra de ster "aangaat", lopen deze moleculen gevaar door de stellaire straling.

"Moleculen zijn fragiel", zegt Bergin. "Het ultraviolette licht kan ze gemakkelijk van elkaar scheiden."

Ultraviolette fotonen die het molecuul H2O raken, zullen bijvoorbeeld één waterstof afstropen en dan het andere, waarbij een enkel zuurstofatoom overblijft.

Water en andere moleculen worden enigszins beschermd door stof in de schijf. Maar naarmate de korrels groter worden op weg naar het vormen van planeten, blokkeren ze niet langer UV-straling.

De algemene consensus was dat er een beperkt aantal moleculen rond miljoen-jaar-oude sterren zou moeten zijn als de granen zijn gegroeid, en toch hebben recente waarnemingen grote hoeveelheden water en OH-damp aangetroffen in de binnenste schijfgebieden van verschillende van dergelijke sterren.

Om deze waarnemingen te verklaren, stelden sommige wetenschappers voor dat kometen uit koude buitengebieden naar hun gastheerster vliegen en bevroren water door verdamping afgeven. Deze hypothese lijkt echter niet de OH-gegevens op de schijf te verklaren, zegt Bergin.

Zonnescherm voor het zonnestelsel

Bergin had het vermoeden dat de waterdamp in de binnenste schijf zo dicht was dat hij zich chemisch zo snel kon herstellen als de UV het vernietigde. Hij en Bethell voerden modellen voor verschillende sterlichtsterkten en schijftemperaturen en ontdekten dat in de meeste gevallen een dunne laag water rond de schijf de binnenkomende straling zou kunnen absorberen.

"Wat Bethell en Bergin hebben laten zien, is dat als water aanwezig is, het zichzelf kan beschermen tegen vernietiging als het water begint te hervormen op korte tijdschalen, waardoor het licht niet alles vernietigt," zegt Fred Ciesla van de Universiteit van Chicago.

De auteurs voorspellen dat de hoeveelheid "ruimtemist" rond een jonge ster gelijk moet zijn aan vele duizenden oceanen. Ze laten zien dat dit consistent is met drie eerdere waterdetecties in planeetvormende schijven.

Het waterscherm beschermt niet alleen andere watermoleculen, maar het zou ook voorkomen dat straling andere moleculen in het binnenste schijfgebied vernietigt.

"Water op de schijf biedt deze mooie paraplu", zegt Bergin.

Onder deze paraplu zou organische chemie kunnen werken, misschien leidend tot enkele van de biologische bouwstenen die zijn aangetroffen in zeer oude meteorieten en de binnenste regionen nabij jonge sterren.

Volg het water

Een lastige vraag is wat er gebeurt met alle oceanen van water in de binnenste schijf naarmate de ster ouder wordt en zijn planeten opgroeien.

Bergin gelooft dat de waterdamp binnen ongeveer 1 AU (de afstand aarde-zon) uiteindelijk wordt vernietigd. "Na verloop van tijd zal straling winnen", zegt hij.

Maar bij 3 AE (waar de asteroïdengordel van ons zonnestelsel zich bevindt) heeft de lagere temperatuur het mogelijk gemaakt dat waterdamp condenseert op het vaste materiaal dat zich in de schijf vormt. Astronomen hebben recent ijskoude asteroïden ontdekt die komeetachtige composities hebben, maar lijken te ontstaan ​​vanuit de asteroïdengordel.

Er is enige speculatie geweest dat ijzige asteroïden mogelijk water hebben afgeleverd aan de vroege aarde. Het idee komt voort uit het feit dat de oceanen van onze planeet een hoge verhouding van deuterium tot waterstof hebben, wat betekent dat het water zich in een kouder deel van de ruimte vormt dan waar de aarde zich heeft gevormd.

Dit kan betekenen dat een deel van de waterdamp uit de eerste dagen van ons innerlijke zonnestelsel in onze drinkwatervoorziening terecht kwam.

Ciesla is enigszins sceptisch. Hij denkt dat de situatie die de auteurs overwegen zich te laat in de evolutie van het zonnestelsel heeft voorgedaan om het water van de aarde te verklaren. Tegen de tijd dat het waterafschermmechanisme belangrijk wordt, zou het vaste materiaal zich hebben ontwikkeld tot bosjes gesteente, resulterend in minder totale oppervlakte waarop water zou kunnen condenseren.

Ciesla gelooft echter dat deze nieuwe resultaten wetenschappers zullen helpen een deel van de onzekerheid weg te nemen over de vorming van de planeet die zich vermoedelijk binnen de dikke stoffige schijven rond jonge sterren afspeelt. ?

  • Video Show? Aanval van de zon
  • Zijn we komeetwater aan het drinken?
  • Hoe de aarde zijn geboorte heeft overleefd