Vodu su nam donele komete?

Čuveni pisac Artur Klark o našem kosmičkom domu rekao je: „Kako je neprikladno zvati ovu planetu Zemljom, kada je jasno da je u pitanju Okean.“ Nije ni čudo – kad je pogledamo iz svemira, brzo uvidimo da je ovo svet čije su skoro tri četvrtine površine potopljene. Pa opet, sva ta voda morala je negde da nastane i odnekud da dođe. Istina je sledeća: vodom ne obiluje samo naša planeta, već čitav svemir. Ima je praktično svuda: na planetama, na satelitima, u kometama, oko zvezda, pa čak i na samoj površini zvezda.

Dve teorije o nastanku vode

Još u osnovnoj školi naučili smo formulu za vodu: H2O. Dakle, za molekul vode potrebna su dva atoma vodonika i jedan kiseonika. Nauka već više od pola veka zna koji su najzastupljeniji elementi u vidljivom svemiru, a potrebni sastojci vode nalaze se u samom vrhu te liste. Vodonik je apsolutno najčešći element, dok je drugi sastojak, kiseonik, na trećem mestu, iza helijuma. Pošto znamo da je svemir zaista velik, enormne su i količine ovih neophodnih „namirnica“. Tako je prvi deo problema rešen.

Drugi deo problema je kako naterati te ogromne količine vodonika i kiseonika da se sjedine u vodu. Ispostavlja se da to zapravo i nije preterano teško – ovi reaktivni elementi se relativno lako međusobno udružuju u nove molekule. Primećeno je da se u okolini novih zvezda nalaze ogromne količine vode, pa tako u takozvanim zvezdanim jaslicama svake galaksije postoje nezamislivo veliki oblaci vodene pare i kristala vodenog leda. To naravno nije slučajno. Mehanizam nije do kraja rasvetljen, ali postoji više teorija.

Prema donedavno preovlađujućoj teoriji, dok zvezda nastaje, od nje se šire snažni solarni vetrovi i čestice čvrste materije, pri čemu nailaze na okolne oblake gasa i sabijaju ih. Kako najveći deo tih gasova čine upravo vodonik i kiseonik (pored helijuma), oni pod talasima solarnih vetrova formiraju vodu. Astronomska posmatranja u poslednjih nekoliko godina rezultirala su novijom teorijom.

Po njoj protozvezde privlače okolnu materiju uvećavajući svoju masu, ali istovremeno na polovima u rafalima izbacuju vodonik i kiseonik zagrejane na 100.000 stepeni Celzijusa, brzinom od 200.000 kilometara na čas, što je osamdesetak puta brže od metka; kada se ovi gasovi nađu dovoljno daleko od protozvezde (5.000 puta dalje nego što je Zemlja od Sunca), naglo uspore i ohlade se, a potom se kondenzuju u vodu. Pretpostavlja se da ovaj proces izbacivanja vodonika i kiseonika traje oko hiljadu godina, pri čemu nova zvezda stvori 100 miliona puta više vode nego što je ima u Amazonu.

Bilo kako bilo, čini se da je velika količina vode nusproizvod formiranja svake zvezde. Treba samo da se setimo kako u poznatom svemiru ima oko kvadrilion zvezda (dvadeset četiri nule iza jedinice, ili eksponencijalno 1024 – nećemo pisati sve nule iz straha da nam ne ponestane mastila), i brzo ćemo razumeti da je univerzum odlično navodnjen.

Vode ima čak i na Suncu

Osim oko zvezda, vode ima i na njihovoj površini. Čak i naše Sunce na svojoj površini ima vode. Svakako, to čudno zvuči jer teško je povezati postojanje vode s nečim tako vrelim. Pa ipak, uočena je unutar Sunčevih pega, gde se spontano formira u vidu pare, koja apsorbuje deo Sunčeve energije. Zna se da voda ne mora biti u slobodnom obliku već se može naći i unutar stena. Donedavno se verovalo da Mesec ne poseduje ni jedan jedini molekul vode, bilo na površini, bilo u svojoj unutrašnjosti.

Kada su astronauti pre četrdesetak godina doneli uzorke stena s Meseca, pronađeni molekuli vode pripisani su grešci jer posude u kojima su uzorci čuvani nisu bile sasvim zaptivene. Ipak, sada je već izvesno kako stvari stoje. Pronađena je slobodna voda u vidu leda na Mesečevim polovima, u kraterima dovoljno dubokim da Sunce nikada ne obasjava njihovo dno, kao i voda unutar stena. Ni udaljeniji delovi Sunčevog sistema ne manjkaju vodom.

Kad se radi o tečnoj vodi, dugo nije postojao dokaz da je ima bilo gde osim na Zemlji. Danas, međutim, nauka smatra da tečne vode ima i na Evropi i Enkeladu, Jupiterovom odnosno Saturnovom mesecu. Evropa je satelit nešto manji od Zemljinog Meseca, površine potpuno obložene vodenim ledom. Umesto kratera, izbrazdana je pukotinama. Upravo taj nedostatak kratera naveo je astronome da pretpostave kako se ispod celokupne ledene kore krije okean tečne vode koji brzo ispunjava svaki novonastali krater.

Pretpostavlja se da taj okean ostaje u tečnom stanju usled Jupiterove snažne gravitacije: u zavisnosti od toga u kom je delu orbite i koliko je udaljena od Jupitera, Evropa trpi različit stepen deformacije, pri čemu se oslobađa energija slična tektonskim kretanjima na Zemlji, a nastala toplota dovoljna je da satelit bude takoreći geološki aktivan, iako sam po sebi to nikako ne bi bio. Brazde na ledenoj Evropinoj površini još jedan su dokaz tečne vode i gravitacionog dejstva Jupitera. Kako Jupiter privlači ka sebi Evropu, ledena kora puca i plutajući na okeanu sudara se sa susednim segmentima, praveći na mestima sudara brazde i prevoje, koji se zatim iznova naizmenično smrzavaju i pucaju. Enkelad je verovatno najreflektivnije nebesko telo u Sunčevom sistemu – uspeva da odbije skoro 100 odsto svetlosti koja padne na njega.

Tu svoju blistavost duguje veoma svetlom sloju svežeg leda na površini. Deo Enkelada je kao i Evropa bez kratera, pa se smatralo da je led koji je prekrio kratere na tom delu novijeg datuma, te da je star „svega“ nekoliko stotina miliona godina. Zapravo, taj proces još uvek traje, kako je zabeležila sonda „Kasini“ 2005. godine kada je prošla pored Enkelada, a posebno 2008. i 2009. kada je triput prošla kroz oblake ledenih čestica koju je Enkelad izbacivao u svemir iz kriovulkana na Južnom polu. To najverovatnije znači da i u Enkeladu postoji tečna voda, ili se bar periodično topi. Po svemu sudeći, Enkeladovi kriovulkani odgovorni su za postojanje Saturnovog prstena E.

I ostali prstenovi ovog gasnog džina sastoje se skoro sasvim od vode: samo 0,1 odsto čine primese, pre svega tolini i silikati. Saturn u nižim slojevima atmosfere takođe sadrži kristale vode, koja bar delimično potiče od Enkelada, jer oko pet odsto vode koju on izbaci završava na Saturnu. Mnogo decenija se nagađalo da li površinom Marsa teče voda. Kroz teleskope su se mogle nazreti tamnije i svetlije oblasti, koje su tumačene kao kopno i okeani, dok su duge prave linije objašnjavane kao kanali za navodnjavanje. Tek 1965, kada je sonda „Mariner 4“ uspešno proletela pored našeg crvenog suseda, ustanovljeno je da Mars ima kopno bez okeana i rečne doline bez reka; što se kanala za navodnjavanje tiče, ispostavilo se da se radilo o optičkoj varci.

Pa ipak, iako nisu ostvarena maštanja zaljubljenika u svemir, i sámo prisustvo suvih rečnih korita i erodiranih kratera otvorilo je naučne apetite i pokrenulo nova pitanja. Kuda je nestala sva ta voda koja je tekla Crvenom planetom? Da li je baš sva nestala? Na neke od odgovora moralo je da se čeka do početka 21. veka, kada su objavljene slike sonde „Mars global survejor“ na kojima se vide krateri sa zamrznutom vodom; to su ujedno verovatno poslednje fotografije koje je ova sonda napravila pre nego što je prestala da se odaziva na komande sa Zemlje.

Osim fotografisanja u vidljivom delu spektra korišćene su i druge metode. Snimanjem gama zracima ustanovljeno je da velik deo planete odmah ispod površine krije vodu u permafrostu, trajno zamrznutom sloju. Radarski snimci pokazali su strukture za koje se veruje da su glečeri. Analize tla ukazale su na prisustvo vode vezane za minerale. Modul za spuštanje „Feniks“ je prilikom sletanja na Mars raščistio naslage tla sa leda, i prisustvovao isparavanju leda i padavinama u obliku snega, pa čak i kiše.

Više nema sumnje – Mars i danas obiluje vodom, čak i ako ona više ne teče njegovim dolinama kao nekada. U hladnoći svemira, na spoljnim granicama gravitacione uticajne sfere zvezda, u Kajperovom pojasu i Ortovom oblaku, voda se nalazi u ostacima planetezimala od kojih su davno nastale planete solarnih sistema: u kometama i asteroidima. Za razliku od drugih malih nebeskih tela, komete su čovečanstvu poznate od davnina. Kineski zapisi Halejevu kometu pominju već 240. godine pre nove ere. Jedna od njihovih osnovnih karakteristika je izuzetno izdužena eliptična orbita oko Sunca, zbog koje se njihovo vreme obilaska oko zvezde meri u najmanju ruku decenijama a okruženje im se menja od krajnje hladnog i mračnog do vrelog.

Procenjuje se da Sunčevim sistemom orbitira oko bilion kometa, a svaka od njih, po definiciji, sastoji se najvećim delom od zamrznute vode. Ostatak čine prašina i gasovi ugljen−dioksid, ugljen−monoksid, amonijak i metan. Komete su često nazivali „prljavim snežnim grudvama“, ali otkako je skorašnjim posmatranjima otkriveno da im je spoljašnjost glatka i sačinjena od prašine ili stenovita a da se voda nalazi ispod, preduzimljiviji astronomi su predložili da se one preimenuju u „ledene kamenice“. Kako se kometa približava zvezdi, voda i gasovi u kometi okrenuti ka zvezdi počinju da ključaju i isparavaju, stvarajući komu, svojevrsnu atmosferu komete, dugačku i do milion kilometara i uvek okrenutu od zvezde; pod pritiskom solarnih vetrova koma se proteže u rep, koji se može izdužiti i do 150 miliona kilometara, što je ekvivalent rastojanja Zemlje od Sunca.

U repu se nalaze ostaci komete: voda, gasovi i čestice čvrste materije. Kada Zemlja prolazi kroz takve ostatke kometa, sa njene površine se može videti spektakularan meteorski pljusak dok čestice ogromnom brzinom uleću u Zemljinu atmosferu i blistavo sagorevaju u njoj. Pošto znamo da Zemlja prolazi kroz orbite nekih kometa, nije teško zamisliti kako se dešavalo da se naša planeta i komete povremeno sudare. Ta ideja rezultirala je jednom od teorija o formiranju Zemlje.

Asteroidi, kao što rekosmo, obitavaju u udaljenom Kajperovom pojasu, ali i u mnogo bližem Asteroidnom pojasu, između Marsa i Jupitera. Za razliku od kometa, sastoje se pre svega od čvrste materije, stenoviti su i procenat vode koju sadrže u sebi ili je nose na sebi mnogo je manji. To ipak ne znači da su manje važni, naprotiv – kako ćemo videti, postoji mogućnost da su odigrali presudnu ulogu u formiranju današnje Zemlje i stvaranju uslova za život. Brojnost i veličina ovih nebeskih tela nadoknađuju bilo kakav zaostatak u pogledu procenta vode koja čini njihovu masu.

Voda na Zemlji

Iako voda prekriva nešto više od 70 odsto Zemljine površine i tako stvara utisak vodenog sveta, treba imati u vidu činjenicu da voda čini tek delić ukupne mase i zapremine Zemlje. Ako se Zemlja predstavi košarkaškom loptom, ukupna količina vode na njoj biće veličine ping−pong loptice, a količina pijaće vode veličine omanjeg zrna graška. Tako je, uprkos tvrdnji Artura Klarka, naziv naše planete ipak sasvim adekvatan. Ali bez te vode, Zemlja bi ostala samo beživotna stena.

Otkud ona uopšte na njoj? Izvesno je da je Zemlja imala vodu i kao mlada planeta – postojanje cirkona, minerala koji se formiraju samo u prisustvu vode, potvrđuju da je Zemlja već 200 miliona godina posle svog nastanka imala znatne količine vode. Međutim, sastav današnje atmosfere ukazuje na to da se u prošlosti odigrao krupan događaj koji je poremetio uobičajen tok formiranja planete. Iako se očekuje da iz atmosfere neprestano „cure“ laki gasovi kakvi su vodonik i helijum i tako smanjuju svoj postotak, odsustvo težih plemenitih gasova, koji bi trebalo da su prisutni, ukazuje na diskontinuitet, na neki događaj koji ih je raspršio.

Važeća je pretpostavka da je taj događaj bio epohalan sudar s drugom planetom, Tejom, koji je doveo do stvaranja Meseca. U toj kataklizmi raspršila se sva akumulirana slobodna tečna i gasovita voda i ostala je samo ona vezana za minerale. Iako ima nekoliko teorija o tome kako je Zemlja ponovo stekla svoju vodu kada se dovoljno ohladila i mada je ta nova akumulacija vode najverovatnije podrazumevala više paralelnih procesa, ovde ćemo pomenuti dve preovlađujuće teorije koje se bave primarnim načinom uvećanja količine vode – zapravo radi se o dve varijacije jedne teorije.

Osnovna njena pretpostavka je da je voda na Zemlju preneta drugim nebeskim telima. Varijacije nastaju u shvatanju koja su to nebeska tela bila: da li komete, praktično cele od vode, iz dalekog Kajperovog pojasa, ili su to bili veliki asteroidi, takozvani planetoidi, iz obližnjeg Asteroidnog pojasa, koji su na sebi imali velike količine vodenog leda. Posle analize izotopa vodonika iz Halejeve, komete Hjakutake i Hejl−Bopove komete, ustanovljeno je da je teški vodonik u odnosu na laki dvostruko zastupljeniji nego što je slučaj u Zemljinim okeanima.

To je ozbiljan udarac ovoj varijanti teorije jer se odnos izotopa teško menja, što znači da nije u pitanju ista voda. Ipak, postoji mogućnost da ispitane komete nisu reprezentativne za komete iz Kajperovog pojasa, dakle da predstavljaju izuzetak. Osim toga, formulisana je i uverljiva hipoteza po kojoj se odnos izotopa vodonika u Zemljinim okeanima s vremenom znatno menjao, te da današnje vrednosti ne mogu biti referentne.

Nasuprot toj teoriji, analiza izotopa vodonika iz vode nađene u ugljeničnim hondritima (malim i izuzetno starim kamenim meteoritima sastavljenim od sitnih mineralnih granula) pokazala je da je odnos lakog i teškog vodonika sličan onom u okeanima na Zemlji, što govori u prilog tome da su upravo asteroidi doneli najveći deo vode. Koja god teorija da je tačna, kada se sledeći put budete tuširali, pomislite da svaki molekul vode na Zemljinoj kugli postoji već najmanje 4,6 milijardi godina i da je najverovatnije nastao kada i Sunce da biste ga upravo vi upotrebili.