Por Sylvain Laforet (Doctorando, Universidad de Lille) & Leroux Hugues (Profesor de Universidad, Universidad de Lille).
La misión Habayusa2 trajo de regreso a la Tierra polvo del asteroide Ryugu en 2020. Estos pocos gramos de muestras, compartidos entre equipos científicos de todo el mundo, brindan pistas sobre el origen del agua en nuestro planeta azul.
Entre los planetas del sistema solar, la Tierra es la única que presenta grandes extensiones de agua líquida en su superficie. Ocupando casi el 70 % de su superficie, los océanos permitieron la aparición y el desarrollo de la vida. Pero, ¿de dónde proviene toda esta agua? ¿Cuáles fueron los procesos de formación de los océanos?
Hace unos 4,57 mil millones de años nacía el Sistema Solar, a partir de una nube de gas y polvo en rotación alrededor del joven Sol. Con el tiempo, bajo el efecto de la gravedad y múltiples colisiones, esta materia se fue acumulando lentamente formando los planetas... incluida la Tierra.
Varios
escenarios, que no son contradictorios sino complementarios, han sido propuestos para explicar el origen del agua en lo que más tarde se convertiría en el planeta azul.
Uno de ellos sugiere que el agua estaba presente en la misma materia existente en el disco protoplanetario que se acrecentó para formar nuestro planeta. En este caso, el agua podría haber quedado atrapada en forma de pequeñas inclusiones fluidas en los minerales, o haber estado presente dentro de la estructura de estos minerales, relativamente diluida de manera uniforme.
Maniobra de Hayabusa2 en la superficie del asteroide Ryugu. Las bajas fuerzas gravitatorias hacen que la sonda rebote inmediatamente tras el contacto con el asteroide. Fuente: SciNews y JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, Aizu University, AIST.
Otra hipótesis estipula que el aporte de agua a la Tierra habría sido más tardío, a través de caídas de cometas o asteroides ricos en agua. Debido a su tamaño relativamente pequeño, en comparación con los planetas, los asteroides no han experimentado eventos de altas temperaturas que podrían haber modificado su química. Por ello, han evolucionado muy poco desde su formación, hace 4,57 mil millones de años.
Los asteroides, marcadores de la génesis del sistema solar
Mientras que los planetas telúricos se formaron cerca del Sol (entre 0,4 y 1,5 unidades astronómicas, una unidad astronómica representa la distancia Tierra-Sol, unos 150 mil millones de kilómetros), los asteroides están principalmente presentes en regiones más alejadas del Sol, especialmente en el "cinturón principal" (2 a 4,5 unidades astronómicas).
Estas regiones, más frías, son propicias para la aglomeración de hielos de agua y polvos de silicatos, lo que da origen a los asteroides. Tras su formación, algunos asteroides son forzados a migrar dentro del sistema solar,
alcanzando órbitas más cercanas al sol, similares a la de la Tierra: son los asteroides cercanos a la Tierra. Entre ellos, el asteroide carbonoso Ryugu (1 kilómetro de diámetro) ha sido objeto de estudio de la misión espacial
Hayabusa2 llevada a cabo por la Agencia Espacial Japonesa (JAXA) entre 2014 y 2020.
La cápsula Habayusa2 aterriza en el desierto australiano, con a bordo unos pocos y valiosos gramos de polvo de asteroide.
JAXA, CC BY
El polvo de Ryugu, visto a simple vista en una de las cápsulas de Habayusa2. La apertura mide 2 centímetros de diámetro.
JAXA, Proporcionado por el autor La sonda primero estudió Ryugu de cerca, luego recolectó muestras en una maniobra impresionante, antes de regresar hacia la Tierra. Así, el 6 de diciembre de 2020, unos pocos gramos de polvo (5,4 gramos) de este asteroide aterrizaron en Australia a bordo de una cápsula, y con alegría recibimos en la Universidad de Lille una pequeña parte de este tesoro: unos granos, apenas visibles a simple vista, quizás portadores de elementos de respuestas que permitan comprender la formación de los océanos en la Tierra.
Observaciones a escala de nanómetros bajo el microscopio electrónico
Nuestro trabajo de investigación consiste en descifrar esta materia celeste, hasta la escala del átomo, ¡en busca de la más mínima pista! El instrumento que utilizamos para sondear a esa escala es un
microscopio electrónico de transmisión. Emite un haz de electrones que atraviesa la muestra.
La señal recogida, tras la interacción entre esta materia y el haz de electrones, nos proporciona información estructural y química sobre los ensamblajes mineralógicos que la constituyen. Esta técnica permite observar detalles a nivel de nanómetros, es decir, una milmillonésima parte de un metro, lo que equivale a dividir el grosor de un cabello por 100.000.
El agua "oculta" de Ryugu
Los estudios de las muestras del asteroide Ryugu revelan que son relativamente secas, es decir, contienen muy poca agua molecular H
20. Sin embargo, estas muestras están mayoritariamente constituidas por arcillas ricas en magnesio y hierro: representan más del
70 % del volumen del asteroide.
Estas arcillas son minerales con una estructura microscópica compuesta de un apilamiento de láminas (que potencialmente pueden albergar moléculas de agua), llamados "filosilicatos". Contienen abundantes grupos hidroxilo (-OH), que son intrínsecamente los ladrillos de su estructura cristalina. Estos últimos están formados por oxígeno e hidrógeno, los mismos átomos que componen las moléculas de agua.
Observación de una fina lámina de un grano de Ryugu bajo el microscopio electrónico de transmisión (izquierda) y análisis químico de esta región (derecha).
Los filosilicatos aparecen en verde/azul y representan más del 70 % del volumen total de las muestras de Ryugu.
Proporcionado por el autor Una de las razones para la presencia de filosilicatos en pequeños asteroides se remonta a los inicios del Sistema Solar. Durante su formación, hace unos 4,57 mil millones de años, el polvo y los hielos se aglomeraron gradualmente hasta dar origen a los planetas, asteroides y otros objetos celestes (cometas...).
En asteroides de pequeño tamaño como Ryugu, el polvo compuesto de silicatos anhidros (sin agua) coexistía con hielos de agua. Poco después de la formación del asteroide, este se calentó debido a las desintegraciones espontáneas de elementos radiactivos, lo que derritió ese hielo de agua. Le siguió un
episodio de "alteración acuosa", donde esta agua interactuó con los silicatos circundantes para formar los filosilicatos que observamos hoy en Ryugu.
Durante la formación de la Tierra, y poco después de su formación, las caídas masivas de asteroides similares a Ryugu podrían haber entregado grandes cantidades de filosilicatos. Tras los eventos de alta temperatura en la Tierra, grupos hidroxilo (-OH) podrían haberse separado de la estructura mineralógica de las arcillas para formar moléculas de agua:
Los intensos bombardeos de asteroides como Ryugu que sufrió la Tierra durante sus primeros años podrían haber contribuido en gran medida a la formación progresiva de los océanos.
Nuestras investigaciones, donde lo infinitamente grande se encuentra con lo infinitamente pequeño (milmillonésima parte de un metro), sugieren el papel de estos asteroides carbonosos en la aparición de océanos en la Tierra así como en el desarrollo de la vida. Las nubes moleculares, representadas aquí por los "pilares de la creación" (izquierda), son las regiones donde nacen las estrellas y sus sistemas estelares.
NASA (JWST); JAXA; Proporcionado por el autor ¡Agua... pero no solo!
El asteroide Ryugu está compuesto en más de un 70 % por filosilicatos, pero también contiene algunos porcentajes de materia orgánica (alrededor del 5 al 7 % en masa).
Esta materia, hecha de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, alberga
moléculas esenciales para el desarrollo de la vida en la Tierra: los aminoácidos. Estas pequeñas moléculas son los ladrillos elementales que participan en la estructura de las proteínas. Aunque están presentes en proporciones bajas en Ryugu, esta presencia de aminoácidos sugiere que los asteroides carbonosos pudieron haber traído los ingredientes necesarios para el
desarrollo de la vida en la Tierra hace unos 3,8 mil millones de años.
Fuente: The Conversation bajo licencia Creative Commons