سیارک بنو حاوی نمک‌هایی از آب نمک باستانی است

در سال 2023، فضاپیمای OSIRIS-REx ناسا موادی از سطح سیارک بنو را با خیال راحت به زمین بازگرداند. سپس نمونه‌های بازگردانده شده به دقت نگهداری شدند تا از تجزیه هرگونه مواد ظریفی که در غیر این صورت در جو زمین تخریب می‌شدند، جلوگیری شود. مک‌کوی و همکاران در مقاله ای در نیچر¹ گزارش می‌دهند که نمک‌های شکننده‌ی مختلفی در واقع در نمونه‌های بازگردانده شده از بنو وجود دارند. تجزیه و تحلیل این مواد توسط نویسندگان، چگونگی از دست رفتن آب از سیاره‌های کوچک، اجرام کوچکی که به عنوان بلوک‌های سازنده سیارات در منظومه شمسی اولیه عمل می‌کردند را روشن می‌کند. این فرایندها مقدار آب موجود در زمین را تعیین کرده و بر واکنش‌های شیمیایی که منجر به ظهور حیات شده‌اند، تأثیر گذاشتند.

مقاله را بخوانید: یک توالی تبخیری از آب نمک باستانی که در نمونه‌های بنو ثبت شده است

سیارک‌هایی که امروزه مشاهده می‌شوند، بقایای سیاره‌های کوچکی هستند که در دیسک پیش‌سیاره‌ای شکل گرفته‌اند - توده متراکم گاز و گرد و غباری که در سپیده دم منظومه شمسی، خورشید را احاطه کرده بود. در فواصل دور از خورشید، جایی که دما پایین بود، این سیاره‌های کوچک حاوی مقدار زیادی یخ و مواد آلی بودند.

با این حال، قسمت‌های داخلی سیاره‌های کوچک یخی که در عرض چند میلیون سال پس از تشکیل منظومه شمسی شکل گرفتند، بر اثر واپاشی اتم‌های رادیواکتیو کوتاه عمر گرم شدند²، که باعث شد یخ به آب مایع تبدیل شود. یون‌های با بار مثبت (کاتیون‌ها) مانند سدیم، پتاسیم و کلسیم از مواد سنگی پودری موجود در سیاره‌های کوچک به داخل این آب نفوذ می‌کردند. آب همچنین حاوی یون‌های با بار منفی (آنیون‌ها) از جمله کلر، کربنات و فلوریت بود که همگی از یخ‌ها منشا گرفته بودند. محلول آبی حاصل از کاتیون‌ها و آنیون‌ها، منافذ موجود در پودرهای سنگ را پر می‌کرد.

تجزیه و تحلیل قبلی³ از نمونه‌های بنو، وجود سیلیکات‌های هیدراته را نشان داد. این مواد معدنی احتمالاً در داخل یک سیاره کوچک پر از آب شکل گرفته‌اند - بدنه "والد" که بنو از آن منشا گرفته است. با توجه به اینکه هیچ آبی در منافذ موجود در نمونه‌ها وجود ندارد، باید در گذشته‌ای از بین رفته باشد.

دو راه وجود دارد که آب ممکن است از بین رفته باشد (شکل 1). ممکن است در بدنه والد، زمانی که گرمایش ناشی از عناصر رادیواکتیو فروکش کرد، منجمد شده باشد، سپس، پس از گذشت مدتی، از طریق تصعید (تبدیل مستقیم به گاز) از بین رفته باشد. چنین تصعیدی ممکن است به عنوان مثال زمانی رخ داده باشد که بنو از منظومه شمسی بیرونی به مدار فعلی خود در نزدیکی مدار زمین مهاجرت کرده است. از طرف دیگر، آب منفذی مایع می‌توانست به سادگی در حالی که داخل بدنه والد هنوز گرم بود، تبخیر شود. در هر یک از این سناریوها، از دست دادن آب باعث تغلیظ یون‌های محلول می‌شد و در نهایت منجر به رسوب نمک‌ها می‌شد: ترکیبات یونی که از پیوند کاتیون‌ها و آنیون‌ها در آب منفذی تشکیل شده‌اند.

نمک‌های حاوی سدیم کلید تمایز بین این دو سناریو هستند. این نمک‌ها به شدت در آب محلول هستند و بنابراین در آخرین مرحله از دست دادن آب رسوب کرده‌اند. اگر آب از طریق فرآیند انجماد-تصعید از بین می‌رفت، رسوب نمک‌های سدیم در دماهای بسیار پایین‌تر از 0 درجه سانتیگراد رخ می‌داد. در مقابل، در از دست دادن آب تبخیری، این نمک‌ها در دماهای بالاتر از 0 درجه سانتیگراد رسوب می‌کردند. ترکیب معدنی نمک‌های رسوب کرده در هر یک از این موارد متفاوت خواهد بود.

آیا پلوتو بزرگترین قمر خود را "بوسه زده و اسیر کرده" است؟

مک‌کوی و همکاران تجزیه و تحلیل شیمیایی دقیق و مطالعات میکروسکوپی روی نمونه‌های بنو انجام دادند تا شواهدی از فرآیند از دست دادن آب پیدا کنند. آنها دریافتند که نمک‌های سدیم در واقع وجود دارند. این کشف تنها با تجزیه و تحلیل نمونه‌هایی که مستقیماً از سیارک جمع‌آوری شده و سپس با دقت در زمین حفظ شده‌اند، امکان‌پذیر بود، زیرا نمک‌ها در غیر این صورت رطوبت موجود در جو مرطوب زمین را به سرعت جذب کرده و محلول تشکیل می‌دهند.

نویسندگان با مقایسه یافته‌های خود با مدل‌های ژئوشیمیایی تشکیل نمک در دریاچه‌های شور روی زمین، به این نتیجه رسیدند که از دست دادن آب از بدنه والد بنو احتمالاً از طریق تبخیر رخ داده است. اگر قطر بدنه والد حدود 50 کیلومتر بود، این فرآیند به طور موثر در دماهای زیر 100 درجه سانتیگراد رخ می داد، زیرا فشار داخلی به اندازه کافی کم بود تا تبخیر امکان پذیر شود. شکستگی‌های موجود در پوسته بدنه نیز باعث تسریع خروج بخار از داخل می‌شد.

یافته‌های نویسندگان چندین پیامد مهم دارد. یکی از این موارد که توسط مک‌کوی و همکاران مورد بحث قرار گرفته، مربوط به تکامل پیش زیستی مولکول‌های بیولوژیکی است. اگرچه آب مایع برای حیات ضروری است، اما وجود آن برای تشکیل بسیاری از بلوک‌های سازنده شیمیایی مورد نیاز برای مولکول‌های بیولوژیکی در سیستم‌های پیش زیستی مضر خواهد بود. دلیلش این است که واکنش‌های شیمیایی مورد نیاز برای ساخت این بلوک‌های سازنده شامل از دست دادن مولکول‌های آب از واکنش‌دهنده‌ها است و بنابراین در محیط‌های غنی از آب با مشکل مواجه می‌شوند. آب منفذی موجود در سیاره‌های کوچک یخی حاوی ترکیبات آلی⁴ و غیرآلی⁵ بود که می‌توانستند تحت واکنش‌هایی قرار گیرند تا مولکول‌های بیولوژیکی را تشکیل دهند. این واکنش‌ها ممکن است در اثر تبخیر آب منفذی از سیاره‌های کوچک یخی ایجاد شده باشند.

«گیج‌کننده»: اولین نگاه به گرد و غبار سیارکی که به زمین آورده شده است، شگفتی‌هایی را به همراه دارد

پیامد دیگر، که توسط نویسندگان مورد بحث قرار نگرفته است، مربوط به مقدار آبی است که در چهار سیاره منظومه شمسی داخلی وجود دارد: عطارد، زهره، زمین و مریخ. بر اساس نظریه شکل‌گیری سیاره‌ای، این سیارات آب خود را با تجمع ماده از سیاره‌های کوچک یخی که در منظومه شمسی بیرونی شکل گرفته و سپس به سمت خورشید مهاجرت کرده‌اند، به دست آورده‌اند. اما محاسبات جور در نمی‌آید - با توجه به آنچه در مورد میزان یخ آبی که در منظومه شمسی بیرونی وجود داشت شناخته شده است، تجمع سیاره‌های کوچک یخی منجر به این می‌شد که سیارات داخلی آب بیشتری از آنچه امروز دارند به دست آورند⁶.

از دست دادن آب تبخیری ممکن است این معما را توضیح دهد. در سیاره‌های کوچک یخی، مانند بدنه والد بنو، که قسمت‌های داخلی آن‌ها در ابتدا توسط فرآیندهای واپاشی رادیواکتیو گرم می‌شد، تبخیر مولکول‌های آب را از داخل گرم و متخلخل یا به مناطق سردتر نزدیک به سطح بدنه یا مستقیماً به فضا منتقل می‌کرد. آب موجود در مناطق نزدیک به سطح منجمد شده و یخ تشکیل می داد. اما با مهاجرت این سیاره‌های کوچک به سمت خورشید، دمای سطح آن‌ها افزایش می‌یافت و باعث می‌شد برخی از یخ‌ها از طریق تصعید از بین بروند.

در نهایت، مک‌کوی و همکاران. نمک‌های آمورف (غیرکریستالی) را در نمونه‌های بنو مشاهده کردند. چنین نمک‌هایی در اثر تبخیر سریع یا انجماد⁷ یک محلول تشکیل می‌شوند که به نمک‌ها فرصت کافی برای تبلور نمی‌دهد. وجود نمک‌های آمورف در بنو نشان می‌دهد که بدنه والد آن ممکن است مقداری آب را در نتیجه یک فرآیند بسیار پویا - مانند برخورد مخرب با جسم دیگری - زمانی که بدنه والد هنوز گرم بود از دست داده باشد، و نه فقط از طریق تبخیر آهسته. بنابراین، نمونه‌های بنو بینش بی‌سابقه‌ای در مورد فرآیندهایی ارائه می‌دهند که باعث شکل‌گیری منظومه شمسی شده‌اند.