Nước trên Trái đất hình thành từ gió Mặt trời

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Astronomy vào cuối tháng 11/2021, các nhà khoa học cho rằng nước đã rơi xuống Trái đất non trẻ dưới dạng những hạt bụi hình thành từ sự tương tác của gió Mặt trời – dòng hạt tích điện phát ra từ Mặt trời – với các thiên thể khác nhau trong Thái Dương hệ.

“Gió Mặt trời là một luồng hạt điện tích chủ yếu bao gồm các ion hydro và heli giải phóng từ Mặt trời ra ngoài không gian. Khi những ion hydro va chạm với bề mặt của một tiểu hành tinh hoặc hạt bụi trong môi trường không có không khí, chúng xuyên qua vài chục nanomet bên dưới bề mặt và có thể ảnh hưởng đến thành phần hóa học của đá”, Luke Daly, tác giả chính của nghiên cứu tại Đại học Glasgow (Vương quốc Anh), cho biết.

Theo thời gian, các ion hydro kết hợp với nguyên tử oxy có trong thành phần đá của tiểu hành tinh, hoặc các hạt bụi để tạo ra nước gần bề mặt.

Cơ chế này có thể là mắt xích còn thiếu để giải thích sự phong phú và thành phần hóa học của nước trên Trái đất mà lâu nay các nhà khoa học vẫn chưa hiểu rõ. Bề mặt Trái đất được bao phủ 70% là nước, nhiều hơn bất kỳ hành tinh nào khác trong hệ Mặt trời. Tuy nhiên, trước đây chúng ta chưa có lý thuyết nào đủ thuyết phục để giải thích một cách chính xác sự tồn tại của nước trên Trái đất.

Đa số các nhà khoa học cho rằng, vô số tiểu hành tinh giàu carbon đã liên tục đâm vào Trái đất non trẻ cách đây khoảng 4,6 tỷ năm và cung cấp nước cho hành tinh xanh.

Nhưng kết quả phân tích các thiên thạch thuộc nhóm chondrit carbon – có nguồn gốc từ các tiểu hành tinh giàu carbon – cho thấy thành phần đồng vị hóa học của nước bên trong thiên thạch không hoàn toàn giống với nước trên Trái đất. Đồng vị là các dạng nguyên tố hóa học chỉ khác nhau về số lượng neutron không mang điện tích. Các thiên thạch chondrit carbon có xu hướng mang nước chứa nhiều đơteri [một đồng vị của hydro với một neutron], trong khi hydro của nước trên Trái đất chủ yếu là đồng vị proti với khối lượng nhẹ hơn và không có neutron.

Sự khác biệt nói trên khiến các nhà nghiên cứu tin rằng Trái đất phải có thêm ít nhất một nguồn nước bổ sung khác ngoài tiểu hành tinh giàu carbon.

Để tìm kiếm nguồn nước bổ sung này, Daly và cộng sự đã sử dụng kỹ thuật chụp cắt lớp thăm dò nguyên tử để phân tích các mẫu bụi mà tàu vũ trụ Hayabusa của Nhật Bản thu thập từ tiểu hành tinh đá Itokawa giàu silic oxit. Mỗi hạt bụi có chiều rộng bằng sợi tóc người.

“Kỹ thuật chụp cắt lớp thăm dò nguyên tử cho phép chúng tôi có cái nhìn cực kỳ chi tiết vào bên trong 50 nanomet hoặc sâu hơn trên bề mặt các hạt bụi của Itokawa – tiểu hành tinh đá quay quanh Mặt trời theo chu kỳ 18 tháng”, Phil Bland, đồng tác giả của nghiên cứu tại Trung tâm Khoa học và Công nghệ Không gian thuộc Đại học Curtin (Úc), cho biết.

Kết quả phân tích cho thấy, bề mặt các hạt bụi sau khi chịu tác động của gió Mặt trời đã tạo ra nước (H2O, chứa hai nguyên tử hydro và một oxy) và một lớp giàu phân tử hydroxit (OH, chứa một nguyên tử oxy và một hydro). Nếu mở rộng quy mô [so với kích thước hạt bụi], mỗi mét khối đá sẽ chứa khoảng 20 lít nước. Ngoài ra, các phân tử nước hình thành từ sự tương tác của bụi trên Itokawa và gió Mặt trời chứa nhiều đồng vị hydro nhẹ hơn so với các tiểu hành tinh giàu carbon.

Hệ Mặt trời có rất nhiều bụi vào thuở sơ khai. Vì vậy, những đám mây bụi chứa đầy nước đã va chạm với bề mặt của Trái đất khi nó bắt đầu hình thành cách đây khoảng 4,6 tỷ năm. Đây có thể là nguồn cung cấp nước cho Trái đất mà chúng ta chưa từng biết đến trước đây. Nguồn nước này chứa ít đồng vị đơteri hơn so với nước do các tiểu hành tinh giàu carbon cung cấp.

“Khoảng 50% lượng nước trên Trái đất có nguồn gốc từ các hạt bụi nhỏ và phần còn lại đến từ các tiểu hành tinh giàu carbon”, Daly nói. “Bạn có thể tạo ra các đại dương trên Trái đất bằng cách trộn nước có nguồn gốc từ tiểu hành tinh và các hạt bụi lại với nhau”.

Nghiên cứu của Daly và các cộng sự không chỉ giúp chúng ta tìm hiểu thêm về nguồn gốc của nước trên Trái đất. Nó cũng tiết lộ rằng, nước có thể hình thành bên trong bề mặt đá của nhiều thiên thể trong không gian, bao gồm cả Mặt trăng và các tiểu hành tinh. Đây là tin tốt cho những chuyến thám hiểm của con người vào không gian sâu trong tương lai.

“Một trong những vấn đề khi con người tiến hành khám phá không gian sâu trong tương lai là làm thế nào các phi hành gia có đủ nước để sống sót và hoàn thành nhiệm vụ mà không cần mang theo quá nhiều trong suốt cuộc hành trình của họ”, Hope Ishii, đồng tác giả nghiên cứu tại Đại học Hawai’i ở Mānoa, nhận định.

“Chúng tôi nghĩ rằng quá trình phong hóa giúp tạo ra nước trên lớp bụi của tiểu hành tinh Itokawa cũng xảy ra trên các hành tinh không có khí quyển ở các mức độ khác nhau. Điều đó nghĩa là các nhà thám hiểm không gian có thể tách nước sạch trực tiếp từ lớp bụi trên bề mặt của các hành tinh”, Ishii nói.

Nước tương đối phổ biến trong vũ trụ, nó thường được tìm thấy dưới dạng băng hoặc hơi nước thay vì ở dạng lỏng. Nước lỏng chỉ tồn tại trên các hành tinh có kích thước phù hợp cũng như nằm trong ‘Vùng Goldilocks’ (hay vùng sự sống) của một ngôi sao, nơi có các điều kiện thích hợp để giữ nước ở dạng lỏng. Điều này nghĩa là nước lỏng hiếm khi xuất hiện trên bề của các hành tinh. Cho đến nay, giới khoa học chưa phát hiện bất kỳ hành tinh nào có nước bao phủ 70% diện tích bề mặt như Trái đất.

Theo Live Science, Newscientist