Met behulp van de infraroodsatelliet AKARI, een Japans onderzoeksteam heeft voor het eerst het bestaan ​​van water in de vorm van gehydrateerde mineralen in een aantal asteroïden ontdekt. Deze ontdekking zal bijdragen aan het begrip van de verdeling van water in het zonnestelsel, de evolutie van asteroïden, en de oorsprong van water op aarde.

De bevindingen zijn gedaan door het team onder leiding van de projectassistent-professor Fumihiko Usui (Graduate School of Science, Universiteit van Kobe), Associate senior onderzoeker Sunao Hasegawa, Aerospace Project Research Associate Takafumi Ootsubo (Instituut voor Ruimte- en Astronautische Wetenschappen, Japan Aerospace Exploration Agency), en emeritus hoogleraar Takashi Onaka (Graduate School of Science, Universiteit van Tokio). De resultaten zijn op 17 december gepubliceerd in de online Advanced Access-editie van Publicaties van de Astronomical Society of Japan .

De aarde is een aquaplaneet, en is de enige planeet in het zonnestelsel waar de aanwezigheid van water op het planeetoppervlak is bevestigd. We zijn, echter, nog niet zeker hoe de aarde aan water kwam. Recente studies hebben aangetoond dat andere hemellichamen in het zonnestelsel, of had, water in een of andere vorm. Asteroïden behoren tot de kandidaten die water naar de aarde brachten. Merk op dat er geen vloeibaar water op het oppervlak van asteroïden stroomt, maar water wordt vastgehouden in asteroïden als gehydrateerde mineralen die worden geproduceerd door chemische reacties van water en watervrij gesteente. Deze reacties vonden plaats in de asteroïden in een proces van waterige verandering. Gehydrateerde mineralen zijn stabiel, zelfs boven de sublimatietemperatuur van waterijs. Dus, door te zoeken naar gehydrateerde mineralen, we kunnen onderzoeken of asteroïden water hebben.

Infraroodgolflengten bevatten karakteristieke spectrale kenmerken van verschillende stoffen, inclusief moleculen, ijs en mineralen, die niet kunnen worden waargenomen bij zichtbare golflengten. Daarom, het is noodzakelijk om op infrarode golflengten te observeren voor de studie van objecten in het zonnestelsel. Gehydrateerde mineralen vertonen diagnostische absorptiekenmerken bij ongeveer 2,7 micrometer. De absorptie van waterdamp en koolstofdioxide in de aardse atmosfeer verhindert ons om deze golflengte waar te nemen met telescopen op de grond. Het is dus noodzakelijk om waarnemingen van buiten de atmosfeer te doen, in de ruimte. Echter, er zijn weinig waarnemingen met telescopen in de ruimte; de Infrared Space Observatory (ISO), gelanceerd in 1995, niet voldoende gevoelig was om spectroscopie te maken van vage asteroïden en de Spitzer Space Telescope, gelanceerd in 2003, had geen dekking van dit golflengtebereik. Om deze reden, het is niet helemaal duidelijk hoeveel water er in asteroïden zit.

De Japanse infraroodsatelliet AKARI, gelanceerd in februari 2006, was uitgerust met de infraroodcamera (IRC) waarmee onderzoekers spectra konden verkrijgen bij nabij-infraroodgolflengten van twee tot vijf micrometer. Met behulp van deze unieke functie, de spectroscopische waarnemingen van 66 asteroïden (figuur 1) werden uitgevoerd en hun nabij-infraroodspectra werden verkregen. Dit biedt de eerste mogelijkheid om de kenmerken van gehydrateerde mineralen in asteroïden met een golflengte van 2,7 micrometer te bestuderen.

De waarnemingen detecteerden absorptie, die werd toegeschreven aan gehydrateerde mineralen voor 17 C-type asteroïden (figuur 2). C-type asteroïden, die donker lijken op zichtbare golflengten, werden verondersteld rijk te zijn aan water en organisch materiaal, maar de huidige waarnemingen met AKARI zijn de eerste die de aanwezigheid van gehydrateerde mineralen in deze asteroïden bevestigen. De gedetecteerde absorptiesterkte bij ongeveer 2,7 micrometer varieert voor elke asteroïde, en sommige vertonen absorptiekenmerken van andere stoffen, zoals waterijs en ammoniakrijk materiaal op ongeveer 3,1 micrometer.

Bij het nader onderzoeken van de C-type asteroïden in meer detail, het onderzoeksteam ontdekte een duidelijke relatie tussen de golflengte van de diepste absorptie en de diepte van de absorptie voor het kenmerk van 2,7 micrometer (figuur 3). Dit laat een trend zien in het proces waarbij gehydrateerde mineralen worden opgewarmd en geleidelijk water verliezen. De het verwarmen energie zou door het zonnewindplasma kunnen worden geleverd, inslagen van micrometeoriet, of de vervalwarmte van radioactieve isotopen in de rotsen. Deze trend was voorspeld door meteorietmetingen, maar dit is de eerste keer dat het is bevestigd in asteroïden. Veel asteroïden van het C-type vertonen deze trend, wat suggereert dat C-type asteroïden werden gevormd door de agglomeratie van rotsen en waterijs, toen vond er waterige verandering plaats in het binnenste van asteroïden om gehydrateerde mineralen te vormen, en ten slotte werden asteroïden van het C-type verwarmd en gedehydrateerd.

Anderzijds, rotsachtige S-type asteroïden werden geacht geen water te bevatten, in tegenstelling tot C-type asteroïden. In de huidige studie, gehydrateerde mineralen werden niet gedetecteerd in de meeste S-types, maar er werd onlangs ontdekt dat er uitzonderlijke gevallen zijn van een paar asteroïden die lichte tekenen van gehydrateerde mineralen vertonen. De tekenen van water in dergelijke S-type asteroïden werden waarschijnlijk niet gegenereerd door waterige verandering zoals in C-types, maar werden geproduceerd door botsingen van andere gehydrateerde asteroïden, dat is, het is de exogene oorsprong die de gehydrateerde mineralen heeft voortgebracht. Asteroïde botsingen komen af ​​en toe voor. In het vroege stadium van de vorming van het zonnestelsel, een aantal kleine lichamen, waaronder asteroïden, waren groter dan nu, en botsingsgebeurtenissen moeten frequenter zijn geweest. Van het feit dat de aarde botsingen met veel asteroïden zou hebben meegemaakt, er wordt aangenomen dat door dergelijke botsingen op zijn minst een bepaalde hoeveelheid water op aarde van asteroïden is gebracht.

Deze studie heeft de aanwezigheid van water in asteroïden bevestigd. Spectra van de waargenomen asteroïden vertonen gemeenschappelijke patronen. De grootte en de afstand tot de zon kunnen worden beschouwd als belangrijke factoren in de verschillen tussen spectra. Om de waargenomen patronen volledig te begrijpen, het is noodzakelijk om waarnemingen van meer asteroïden te verzamelen, en om bevindingen te vergelijken met de meting van meteorieten die op aarde zijn verzameld. Dr. Usui zegt, "Door deze puzzel op te lossen, we kunnen een belangrijke stap zetten in de richting van het identificeren van de bron van het water op aarde en het onthullen van het geheim van hoe het leven op aarde begon."

AKARI voltooide zijn operatie in november 2011. Voor de volgende gelegenheid om spectroscopie uit te voeren in een golflengte van 2,7 micrometer met een ruimtetelescoop, onderzoekers zullen moeten wachten tot de lancering van de James Webb Space Telescope door NASA, gepland in 2021.

Momenteel, de Japanse asteroïde-ontdekkingsreiziger Hayabusa2 en de Amerikaanse OSIRIS-REx onderzoeken asteroïden Ryugu en Bennu, respectievelijk. Elke ontdekkingsreiziger heeft de mogelijkheid om metingen te doen in het bereik van 2,7 micrometer om te zoeken naar de handtekening van water. In-situ observaties van asteroïden met ruimtevaartuigen kunnen gedetailleerde informatie geven over kraters en topografie, aspecten die telescopen op de grond en in een baan om de aarde niet kunnen onthullen. De huidige resultaten verhogen de wetenschappelijke waarden van de gegevens die door de ontdekkingsreizigers zijn verkregen aanzienlijk en begrijpen de eigenschappen van asteroïden Ryugu en Bennu in detail.