Experimenten met een krachtig projectielkanon laten zien hoe inslagen van waterrijke asteroïden verrassende hoeveelheden water kunnen leveren aan planetaire lichamen. Het onderzoek, door wetenschappers van de Brown University, zou licht kunnen werpen op hoe water de vroege aarde bereikte en helpen bij het verklaren van enkele sporen van waterdetectie op de maan en elders.

"De oorsprong en het transport van water en vluchtige stoffen is een van de grote vragen in de planetaire wetenschap, " zei Terik Daly, een postdoctoraal onderzoeker aan de Johns Hopkins University die het onderzoek leidde terwijl hij zijn Ph.D. bij Bruin. "Deze experimenten onthullen een mechanisme waarmee asteroïden water kunnen leveren aan manen, planeten en andere asteroïden. Het is een proces dat begon toen het zonnestelsel zich aan het vormen was en nog steeds actief is."

Het onderzoek is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

De bron van het water op aarde blijft een mysterie. Lange tijd werd gedacht dat de planeten van het binnenste zonnestelsel kurkdroog waren en dat water later werd geleverd door ijzige komeetinslagen. Hoewel dat idee een mogelijkheid blijft, isotopenmetingen hebben aangetoond dat het water van de aarde vergelijkbaar is met water dat is gebonden in koolstofhoudende asteroïden. Dat suggereert dat asteroïden ook een bron kunnen zijn voor het water van de aarde, maar hoe een dergelijke levering zou hebben gewerkt, wordt niet goed begrepen.

"Inslagmodellen vertellen ons dat botslichamen volledig zouden moeten devolatiliseren bij veel van de inslagsnelheden die gebruikelijk zijn in het zonnestelsel, wat betekent dat al het water dat ze bevatten gewoon verdampt in de hitte van de impact, " zei Piet Schultz, co-auteur van het artikel en een professor in Brown's Department of Earth, Milieu- en planetaire wetenschappen. "Maar de natuur heeft de neiging interessanter te zijn dan onze modellen, daarom moeten we experimenten doen."

Voor de studie, Daly en Schultz gebruikten projectielen van marmerformaat met een samenstelling die lijkt op koolstofhoudende chondrieten, meteorieten afgeleid van oude, waterrijke asteroïden. Met behulp van de Vertical Gun Range in het NASA Ames Research Center, de projectielen werden met snelheden van ongeveer 5 kilometer per seconde (meer dan 11, 000 mijl per uur). De onderzoekers analyseerden vervolgens het post-impact puin met een arsenaal aan analytische hulpmiddelen, op zoek naar tekenen van water dat erin vastzit.

Ze ontdekten dat bij inslagsnelheden en hoeken die in het hele zonnestelsel voorkomen, maar liefst 30 procent van het inheemse water in het botslichaam zat vast in puin na de botsing. Het meeste van dat water zat vast in inslagsmelt, gesteente dat gesmolten is door de hitte van de impact en dan opnieuw stolt als het afkoelt, en in impactbreccia's, rotsen gemaakt van een mengelmoes van inslagpuin aan elkaar gelast door de hitte van de inslag.

Het onderzoek geeft enkele aanwijzingen over het mechanisme waardoor het water werd vastgehouden. Omdat delen van het botslichaam door de hitte van de botsing worden vernietigd, zich een damppluim vormt die water bevat dat zich in het botslichaam bevond.

"De inslag smelt en breccia's vormen zich in die pluim, " Zei Schultz. "Wat we suggereren is dat de waterdamp wordt opgenomen in de smelten en breccia's terwijl ze zich vormen. Dus ook al verliest het botslichaam zijn water, een deel ervan wordt heroverd terwijl de smelt snel afkoelt."

De bevindingen kunnen belangrijke implicaties hebben voor het begrijpen van de aanwezigheid van water op aarde. Koolstofhoudende asteroïden worden beschouwd als enkele van de vroegste objecten in het zonnestelsel - de oorspronkelijke rotsblokken waaruit de planeten zijn gebouwd. Terwijl deze waterrijke asteroïden de nog steeds vormende aarde insloegen, het is mogelijk dat een proces vergelijkbaar met wat Daly en Schultz vonden, het mogelijk maakte dat water werd opgenomen in het vormingsproces van de planeet, ze zeggen. Een dergelijk proces zou ook kunnen helpen bij het verklaren van de aanwezigheid van water in de mantel van de maan, omdat onderzoek heeft gesuggereerd dat maanwater ook een asteroïde-oorsprong heeft.

Het werk zou ook de latere wateractiviteit in het zonnestelsel kunnen verklaren. Water gevonden op het oppervlak van de maan in de stralen van de krater Tycho kan afkomstig zijn van het Tycho-botslichaam, zegt Schultz. Van asteroïden afgeleid water zou ook verantwoordelijk kunnen zijn voor ijsafzettingen die zijn gedetecteerd in de poolgebieden van Mercurius.

"Het punt is dat dit ons een mechanisme geeft voor hoe water kan blijven hangen na deze asteroïde-inslagen, "Zei Schultz. "En het laat zien waarom experimenten zo belangrijk zijn, omdat dit iets is dat modellen hebben gemist."