하와이 대학교 해양/지구과학기술대학, 로렌스 리버무어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory), 로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory), 그리고 캘리포니아 버클리 대학교(University of California  Berkeley)는 행성 간 먼지입자들이 지구와 다른 지구형 행성들에 물과 유기물을 이동시킬 수 있음을 발견하였다.

행성 간 먼지, 혜성, 소행성, 그리고 태양계의 탄생으로부터 나온 잔재들을 가지고 있는 먼지가 지구에 지속적으로 떨어지게 되었으며, 다른 태양계 행성에도 이러한 현상이 발생되었다.

 

이러한 입자들은 태양풍, 특히 수소이온에 의해 쏟아지고 있다. 이러한 이온 소나기는 규산염 광물 결정질에서 원자들의 순서를 두드리고 있다. 그리고 물 분자를 만들기 위해 수소와 상호작용이 가능한 산소 뒤에 남겨져 있다.

하와이 대학교 지질물리학 및 행성학부 연구소의 새로운 연구원인 Hope Ishii 연구원은 “이는 먼지의 유입은 지구와 잠재적으로는 화성까지 이러한 행성들 위 생명체 기원을 위해 필요한 물과 유기물 모두를 포함하고 있는 소낙비와 같은 역할을 하여왔다”고 말했다.

수분과 유기물을 동시에 전송시키는 이러한 메커니즘(mechanism)은 외행성을 위해 일을 하고 있다. 이는 다른 별을 선회하는 세계이다. 모성에서 발산된 먼지와 수소이온의 원성분들은 이러한 프로세스로 하여금 어떠한 행성계에서 발생하게 할 것이라고 한다.

이러한 연구의 시사점은 잠재적으로는 매우 크다: 소행성과 달(규산염 광물을 가지고 있는)과 같은 우주 속 바람이 안부는 우주대상물들은 물을 만들 수 있는 태양풍 방사에 지속적으로 노출되고 있다. 사실, 수분 생성의 이러한 메커니즘은 달의 데이터를 설명하는 데 도움을 줄 것이다. 이는 우선 수분을 발견하였으며, 달의 영구적인 응달 지역에 있는 얼음의 원천을 잠재적으로 설명 가능하다.

보다 구체적으로 Ishii 연구원은 “아마도 더욱 흥미로운 것은 행성간 먼지, 특히 소행성과 혜성에서 나온 먼지들은 지구 대기 속에서 진입하는 과정에서 살아남을 수 있는 유기물 탄소종을 운반하는 것으로 오랫동안 알려져 있었다. 그리고 우리는 현재 태양풍 발생 수분을 운반하고 있다고 설명하였다. 따라서 우리는 처음으로 이러한 수분과 유기물이 함께 이동이 될 수 있다”고 말하였다.

아폴로 시대 이후 이러한 현상이 알려져 왔으며, 그 당시 우주비행사들은 달로부터 암석과 토양을 가지고 왔다. 태양풍이 이러한 먼지 표면층의 화학적 성분의 변화를 유발하게 될 것이다. 그러고 나서 태양풍 방사가 수분 종을 생산할 수 있다는 생각은 그 이후 계속되었다.

 

하지만, 실제 수분을 생산할지 아닐지가 논쟁이 되어왔다. 이러한 불확실성의 이유는 생산된 수분의 양이 매우 적으며, 규산염 광물 표면 위 매우 작은 가장자리(테두리) 안에 위치하고 있기 때문이다. 오래된 분석기법들은 수분의 존재를 완전히 확인할 수는 없었다.

최신의 전송 전자현미경을 사용하고 있는 과학자들은 현재 태양풍 방사에 의해 만들어진 수분을 실질적으로 추적하였다. 이는 행성간 먼지입자 속 규산염 광물과 관련된 우주기후화된 가장자리(테두리) 속에서 나온 것들이다.

 

추가적으로 실험실 조사가 된 광물들의 기본은 비결정성 가장자리(테두리)를 가지고 있다는 것이며, 그들은 이러한 수분들이 태양풍 수소이온과 규산염 광물 알갱이 속 산소와 상호작용하게 만들어진 것으로 결론내렸다.

 

 

 

 

Researchers from the University of Hawaii -- Manoa (UHM) School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST), Lawrence Livermore National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, and University of California -- Berkeley discovered that interplanetary dust particles (IDPs) could deliver water and organics to Earth and other terrestrial planets.

 

Interplanetary dust, dust that has come from comets, asteroids, and leftover debris from the birth of the solar system, continually rains down on Earth and other Solar System bodies. These particles are bombarded by solar wind, predominately hydrogen ions.

 

This ion bombardment knocks the atoms out of order in the silicate mineral crystal and leaves behind oxygen that is more available to react with hydrogen, for example, to create water molecules.

 

"It is a thrilling possibility that this influx of dust has acted as a continuous rainfall of little reaction vessels containing both the water and organics needed for the eventual origin of life on Earth and possibly Mars," said Hope Ishii, new Associate Researcher in the Hawaii Institute of Geophysics and Planetology (HIGP) at UHM SOEST and co-author of the study.

 

This mechanism of delivering both water and organics simultaneously would also work for exoplanets, worlds that orbit other stars. These raw ingredients of dust and hydrogen ions from their parent star would allow the process to happen in almost any planetary system.

 

Implications of this work are potentially huge: Airless bodies in space such as asteroids and the Moon, with ubiquitous silicate minerals, are constantly being exposed to solar wind irradiation that can generate water.

 

In fact, this mechanism of water formation would help explain remotely sensed data of the Moon, which discovered OH and preliminary water, and possibly explains the source of water ice in permanently shadowed regions of the Moon.

 

"Perhaps more exciting," said Ishii, "interplanetary dust, especially dust from primitive asteroids and comets, has long been known to carry organic carbon species that survive entering the Earth's atmosphere, and we have now demonstrated that it also carries solar-wind-generated water. So we have shown for the first time that water and organics can be delivered together."

 

It has been known since the Apollo-era, when astronauts brought back rocks and soil from the Moon, that solar wind causes the chemical makeup of the dust's surface layer to change.

 

Hence, the idea that solar wind irradiation might produce water-species has been around since then, but whether it actually does produce water has been debated. The reasons for the uncertainty are that the amount of water produced is small and it is localized in very thin rims on the surfaces of silicate minerals so that older analytical techniques were unable to confirm the presence of water.

 

Using a state-of-the-art transmission electron microscope, the scientists have now actually detected water produced by solar-wind irradiation in the space-weathered rims on silicate minerals in interplanetary dust particles.

 

Futher, on the bases of laboratory-irradiated minerals that have similar amorphous rims, they were able to conclude that the water forms from the interaction of solar wind hydrogen ions (H+) with oxygen in the silicate mineral grains.

 

This recent work does not suggest how much water may have been delivered to Earth in this manner from IDPs.

 

"In no way do we suggest that it was sufficient to form oceans, for example," said Ishii. "However, the relevance of our work is not the origin of the Earth's oceans but that we have shown continuous, co-delivery of water and organics intimately intermixed."

 

In future work, the scientists will attempt to estimate water abundances delivered to Earth by IDPs. Further, they will explore in more detail what other organic (carbon-based) and inorganic species are present in the water in the vesicles in interplanetary dust rims.