Eén van de grootste aardse mysteries is waar al dat water op onze planeet toch vandaan komt. Maar mogelijk heeft de zon een vinger in de pap.

In 2005 trakteerde de Japanse ruimtesonde Hayabusa de aardappelvormige planetoïde Itokawa op een bezoekje. De missie verliep niet helemaal volgens plan; een meegereisde lander slaagde er niet in om op het oppervlak van Itokawa te landen en de terugreis naar de aarde duurde enkele jaren langer dan gepland. Wel wist de ruimtesonde naar het oppervlak af te dalen om daar monsters te verzamelen. En nu, meer dan een decennium later, geven die verzamelde monsters antwoord op misschien wel één van de grootste mysteries van onze planeet: wat is toch de oorsprong van al het aardse water?

Water op aarde
Onze aarde is eigenlijk best een vreemde eend in de bijt. Zo is de aarde als enige planeet in ons zonnestelsel een heuse natte oase. Meer dan 70 procent van het oppervlak is bedekt met vloeibaar water. En dat terwijl de andere rotsachtige planeten die rond onze zon draaien, droge en dorre werelden zijn. Wetenschappers breken zich al sinds jaar en dag het hoofd over de oorsprong ervan. Want waar komt al dit water toch vandaan? Aangenomen wordt dat planetoïden en kometen daarin een rol hebben gespeeld. Zij zouden door op de jonge aarde in te slaan, water op aarde hebben afgezet. Maar mogelijk zien we een andere belangrijke kandidaat over het hoofd. En wel eentje uit onverwachte hoek: de zon.

Monsters van Itokawa
In de studie bogen de onderzoekers zich over de door Hayabusa meegebrachte monsters van planetoïde Itokawa. Vervolgens voerden ze een nauwgezette atoom-voor-atoom analyse uit. Met behulp van vernuftige technologie waren ze in staat om een ongelofelijk gedetailleerde blik te werpen in de eerste 50 nanometer van het oppervlak van Itokawa-stofkorrels. Het team ontdekte dat deze veel water bevatten; indien opgeschaald zou het neerkomen op ongeveer 20 liter voor elke kubieke meter gesteente. En dat leidt tot een opmerkelijk nieuw inzicht en baanbrekende ontdekking over de mysterieuze bron van het water op aarde. De onderzoekers vermoeden namelijk dat zonnewind – een stroom geladen deeltjes (ionen en elektronen) die voortdurend uit de zon ontsnappen – water creëerde op het oppervlak van kleine stofkorrels, die vervolgens hun weg naar de aarde vonden.

Meer over planetoïde Itokawa
Itokawa behoort tot de S-type planetoïden, één van de meest voorkomende objecten in de planetoïdengordel. Itokawa is zo’n 550 meter lang en tussen de 200 en 300 meter breed. Het is een brokstuk van een veel grotere planetoïde die enkele botsingen te verduren kreeg. Tijdens één zo’n botsing viel de planetoïde uiteen, waarna twee brokstukken samensmolten en Itokawa vormden. Dat zou zo’n 8 miljoen jaar geleden zijn gebeurd. De monsters die Hayabusa mee naar de aarde nam, zijn al in meerdere studies grondig bestudeerd. En dat leidde onder andere tot de ontdekking van water op de planetoïde.

Onderzoeker Nick Timms legt het proces desgevraagd wat gedetailleerder uit. “Onze zon ademt een continue stroom van voornamelijk waterstof- en heliumionen uit, bekend als zonnewind,” vertelt hij in een interview met Scientias.nl. “Hemellichamen die om de zon draaien – denk aan planetoïden en ruimtestofdeeltjes – worden voortdurend blootgesteld aan deze zonnewind. De waterstofionen kunnen vervolgens het buitenste oppervlak binnendringen en gaan hier een bepaalde reactie aan, waardoor er watermoleculen ontstaan die in stofdeeltjes en planetoïden worden opgesloten. Ruimtestof en planetoïden waren rijkelijk in het vroege zonnestelsel aanwezig. En dus zou het goed kunnen dat een deel van het water op onze planeet dat voorheen niet kon worden verklaard, hier terecht is gekomen door bombardementen van waterijk stof op de jonge aarde.”

De zon, zonnewind en planetoïde Itokawa. Afbeelding: Curtin University

Het betekent dat het heel waarschijnlijk is dat onze zon een vinger in de pap had en medeverantwoordelijk is voor het ontstaan van water op aarde. “Dit is in veel opzichten een verrassende ontdekking,” zegt Timms. “Aan de ene kant is de samenstelling van de deuterium/waterstofisotoop van het aardse water al tientallen jaren raadselachtig. Hoewel C-type planetoïden mogelijk geschikte waterdragers zijn, hebben ze een verkeerde samenstelling. De zon heeft daarentegen een geschikte isotopensamenstelling, maar, cruciaal, een levensvatbaar leveringsmechanisme ontbrak. Onze bevindingen maken de puzzel nu compleet.”

Water op andere hemellichamen
De bevindingen uit deze studie hebben volgens Timms belangrijke implicaties voor toekomstige ruimtemissies. Zo staan er bemande missies naar de maan en Mars op de planning, waar astronauten mogelijk lang zullen verblijven. Eén van de grootste uitdagingen die bij de kolonisatie van andere hemellichamen komt kijken, is echter hoe men bijvoorbeeld aan zuurstof of water moet komen. Transport vanaf de aarde kan namelijk behoorlijk in de papieren lopen. Maar mogelijk is dat, zoals uit deze studie blijkt, helemaal niet nodig. Het onderzoek toont namelijk aan dat hetzelfde proces dat zorgde voor water op Itokawa, waarschijnlijk ook plaatsvond op andere hemellichamen. “Het is redelijk om aan te nemen dat de stoffige oppervlakken van luchtloze werelden, een aanzienlijke hoeveelheid door zonnewind geïmplanteerd water bevatten,” zegt Timms. En dat betekent dat astronauten in staat zullen zijn om verse watervoorraden rechtstreeks uit het stof op het oppervlak van een hemellichaam, zoals de maan, te onttrekken. “Het is opwindend om te bedenken dat toekomstige missies naar andere werelden op de een of andere manier water, of zelfs waterstof en zuurstof als brandstof, kunnen extraheren uit waterrijk stof op hun oppervlak,” aldus Timms.

De onderzoeker benadrukt hoe ongelofelijk belangrijk ruimtemissies zoals die van Hayabusa naar Itokawa zijn. “NASA’s Apollo-missies, JAXA’s Hayabusa I-missie en China’s Chang’e 5 maanmissie hebben allemaal geleid tot een ongeëvenaard begrip van de geschiedenis van ons zonnestelsel, de maan en planeten,” zegt hij. “Niet alleen dankzij de monsters die naar de aarde zijn teruggebracht, maar ook dankzij de sensorische apparatuur en uitgevoerde experimenten die deel uitmaken van dergelijke missies. Ik kijk dan ook erg uit naar toekomstige sample return missions en hoop deel uit te mogen blijven maken van de geweldige wetenschappelijke teams die nieuwe ontdekkingen doen. De mogelijkheden zijn eindeloos.”