editor
Dünya ilk oluştuğunda buz tutacak kadar soğuk değildi. Bu durum, gezegenimizdeki tüm suyun uzay kaynaklı olması gerektiği anlamına geliyor.
Eski Dünya kayaçlarının incelenmesi, Güneş’in oluşumundan yaklaşık 100 milyon yıl sonra Dünya’da sıvı suyun mevcut olduğunu gösteriyor – bu da astrofiziksel zaman ölçeğinde neredeyse “anında” bir durumdur.
Bugün 4.5 milyardan fazla yaşında olan bu su, Dünya’nın su döngüsü sayesinde sürekli olarak yenileniyor. Araştırma ekibim, suyun Dünya’ya nasıl ilk ulaştığını açıklamak için yeni bir teori önerdi.
Milyarlarca Yıllık Bir Gizem
Astrofizikçiler, suyun genç gezegenimize nasıl geldiği sorunu üzerinde on yıllardır çalışıyorlar. En erken varsayımlardan biri, Dünya’nın suyunun gezegenin oluşumunun doğrudan bir yan ürünü olduğunu, volkanik patlamalar sırasında magmanın salınmasıyla ortaya çıktığını öne sürüyordu; çünkü yayılan gazın çoğu su buharıydı.
Ancak, Dünya’nın su bileşiminin analizi ve buzlu kuyruklu yıldızların potansiyel rolünün keşfi sonrasında, 1990’larda bu hipotez evrildi ve suyun uzaydan geldiğine işaret etmeye başladı.
Güneş Sistemi’nin uzak bölgelerinde oluşan, buz ve kayacın karışımından meydana gelen kuyruklu yıldızlar, bazen Güneş’e doğru fırlatılır. Güneş tarafından ısıtıldıklarında, Dünya’dan gözlemlenebilen çarpıcı toz ve gaz kuyrukları oluşur. Mars ile Jüpiter arasındaki asteroid kuşağında bulunan asteroitler de, Dünya’nın suyunun olası kaynağı olarak öne sürüldü.
Meteoritler aracılığıyla, kuyruklu yıldız ve asteroit kayaçlarının incelenmesi, kilit bulgular ortaya koydu. D/H oranı (ağır hidrojen – döteryum – ile normal hidrojen oranı) analiz edildiğinde, Dünya’nın suyunun geçmiş su izleri taşıyan “karbonatlı” asteroitlere daha çok benzediği ortaya çıktı. Bu durum, araştırma odağının bu asteroitlere kaymasına neden oldu.
Son çalışmalar, bu su zengini asteroitlerin erken Dünya’nın kuru yüzeyine nasıl taşınabileceğini açıklayabilecek göksel mekanizmaların tespitine odaklandı. Asteroid ve Kuiper kuşağındaki büyük, buzlu cisimler olan planetesimallerin “perturbasyonunu” açıklamak amacıyla pek çok teori ortaya atıldı. Bu senaryolar, bu cisimleri yerinden oynatan ve Dünya’ya doğru fırlatan kütleçekimsel etkileşimleri öneriyor. Böyle olaylar, karmaşık bir “kütleçekim bilardosu” süreci gerektirmiştir; bu da Güneş Sistemi’nin çalkantılı bir geçmişe sahip olduğunu düşündürüyor.
Gezegen oluşumunun önemli kargaşalar ve çarpışmalar içerdiği açık olsa da, Dünya’nın suyunun getirilmesi daha doğal ve daha az dramatik bir şekilde gerçekleşmiş olabilir.
Daha Basit Bir Hipotez
Araştırmalarıma, asteroitlerin, protoplanet disk adı verilen oluşum kozasından buzlu olarak çıktıkları varsayımıyla başladım. Bu koza; tozla dolu, hidrojen açısından zengin devasa bir disk olup, gezegenlerin ve ilk kuşakların oluştuğu yerdir ve tüm yeni oluşan gezegen sistemini sarar.
Bu koruyucu koza, birkaç milyon yıl sonra dağıldığında, asteroitler ısınmaya başlar; bu durum, buzlarının erimesine ya da daha doğrusu, süblimleşmesine yol açar. Uzayda, basıncın neredeyse sıfır olduğu koşullarda, su bu işlemden sonra buhar formunda kalır.
Böylece, Güneş etrafında dönen asteroid kuşağı üzerine bir su buharı diski yerleşir. Buz süblimleşirken, disk buharla dolar; bu buhar, karmaşık dinamik süreçler nedeniyle Güneş’e doğru yayılır. Yol boyunca, bu buhar diski iç gezegenlerle temas eder ve onları adeta bir “banyo”ya alır. Bir anlamda, bu disk Mars, Dünya, Venüs ve Merkür gibi karasal gezegenleri sular.
Bu suyun büyük kısmı, Güneş’in oluşumundan 20 ila 30 milyon yıl sonra, Güneş’in parlaklığının kısa sürede dramatik biçimde arttığı ve asteroitlerin gaz salınım oranının yükseldiği bir dönemde gerçekleşti.
Bir gezegenin yerçekimi tarafından su çekildikten sonra birçok süreç gerçekleşebilir.
Ancak Dünya’da, koruyucu bir mekanizma sayesinde suyun toplam kütlesi, yakalama döneminin sonundan bugüne kadar nispeten sabit kalmıştır. Su atmosfere çok yükseldiğinde, bulutlara yoğunlaşır ve sonunda yağmur şeklinde yüzeye geri döner – bu süreç, su döngüsü olarak bilinir.
Dünya’daki su miktarı, geçmişteki ve günümüzdeki durumuyla iyi belgelenmiştir. Orijinal asteroid kuşağından buzun gaz salınımıyla başlayan modelimiz, okyanusları, nehirleri ve gölleri oluşturmak için gereken su miktarını, hatta Dünya’nın mantosunun derinliklerinde saklanan suyu bile başarıyla açıklamaktadır.
Okyanuslardaki suyun D/H oranının hassas ölçümleri de modelimizle uyum göstermektedir. Dahası, model, geçmişte diğer gezegenlerde – hatta Ay’da – bulunan su miktarlarını da açıklamaktadır.
Bu yeni teoriye nasıl ulaştığımı merak edebilirsiniz. Teori, özellikle deniz seviyesinin beş kilometre üzerinde, Şili’de bulunan 60’tan fazla antene sahip ALMA radyo teleskop dizisinden elde edilen son gözlemlerden esinlenerek geliştirildi.
Kuiper Kuşağı’na benzer kuşaklara sahip extrasolar sistemlerin gözlemleri, bu kuşaklardaki planetesimallerin karbon monoksit (CO) süblime ettiğini ortaya koymaktadır. Yıldızlarına daha yakın kuşaklarda, örneğin asteroid kuşağında, CO’nun uçucu olması nedeniyle suyun salınması daha muhtemeldir.
Modelin Oluşturulması
Bu bulgulardan yola çıkarak, teorinin ilk temel fikri şekillenmeye başladı. Ayrıca, Hayabusa 2 ve OSIRIS-REx görevlerinden elde edilen veriler – ilkel su buharı diskine katkıda bulunmuş olabilecek asteroitleri inceleyen bu görevler – önemli bir teyit sağladı.
Bu görevler, yer tabanlı teleskoplardan elde edilen uzun süreli gözlemlerle birlikte, bu asteroitlerde suyla temas sonucu oluşabilen hidratlanmış minerallerin bol miktarda bulunduğunu gösterdi. Bu da, bu asteroitlerin başlangıçta buzlu olduğunu desteklemekte; çoğu daha sonra buzunu kaybetmiş olsa da (Ceres gibi daha büyük cisimler hariç) bu durum, teorinin temel varsayımını güçlendiriyor.
Modelin temeli oluşturulduktan sonra, bir sonraki adım, buzun gaz salınımını, su buharının yayılmasını ve gezegenler tarafından nihai olarak yakalanmasını takip edebilecek sayısal bir simülasyon geliştirmek oldu.
Simülasyonlar sırasında, modelin Dünya’nın su kaynağını açıklamada yeterli olduğu hızla anlaşıldı. Mars ve diğer karasal gezegenlerin geçmişteki su miktarlarına ilişkin ek araştırmalar da modelin bu gezegenlere uygulanabilirliğini doğruladı. Her şey uyum sağladı ve sonuçlar yayımlanmaya hazır hale geldi!
Bir araştırmacı olarak, işe yarayan ve her şeyi açıklıyor gibi görünen bir model tasarlamak yeterli değildir; teori daha geniş çapta test edilmelidir. Artık, karasal gezegenleri “sulayan” ilk su buharı diskini doğrudan tespit etmek mümkün olmasa da, genç asteroid kuşaklarına sahip extrasolar sistemlere bakarak böyle su buharı disklerinin varlığını araştırabiliriz.
Hesaplamalarımıza göre, bu diskler zayıf olsa da ALMA ile tespit edilebilir durumda olmalıdır. Ekibimiz, bu disklerin varlığını araştırmak üzere ALMA’da gözlem zamanı ayarlamış durumda.
Görünüşe göre, Dünya’nın suyunun kökenini anlama konusunda yeni bir çağın eşiğindeyiz.
Quentin Kral
Astrofizikçi, Paris-PSL Gözlemevi, CNRS, Sorbonne Üniversitesi, Université Paris Cité
