Bilim insanları, bu uzak suyun en azından bir kısmının Dünya’daki sudan tamamen farklı bir türde olduğuna dair kanıtlar buldu. Kuiper Kuşağı’ndan Dünya’ya ulaşan bir avuç toz taneciğinde, ilkel kimyanın izlerini taşıyan ve uzun zaman önce kaybolmuş suyun kalıntıları tespit edildi. Bu bulgu, Güneş Sistemi’nin kıyısındaki su rezervinin Güneş’e daha yakın bölgelerde meydana gelen değişimlerden etkilenmeden bozulmamış halde kaldığına işaret ediyor.
NASA Johnson Uzay Merkezi’nden gezegen bilimci Lindsay Keller liderliğinde yürütülen araştırmaya göre bu durum, “gaz devi gezegenlerin yörüngelerinin ötesinde, iç Güneş Sistemi maddelerinden büyük ölçüde yalıtılmış büyük bir ağır su rezervinin varlığına dair ikna edici bir kanıt” oluşturuyor.
Neptün’ün yörüngesinin ötesinde, Güneş’ten yaklaşık 30 astronomik birim, yani Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin 30 katı uzaklıkta yer alan Kuiper Kuşağı, Güneş Sistemi’nin ulaşılması zor bir sınırını temsil ediyor. Bugüne kadar insan yapımı çok az uzay aracı bu soğuk ve karanlık bölgelere ulaşabildi. Oraya varmak yıllar alıyor; bölgeye bir sonda indirmek veya Dünya’ya göndermek üzere örnek toplamak ise astronomik düzeyde zor ve maliyetli olduğu için şimdilik tamamen ihtimal dışı görülüyor.
Bu durum bilim dünyası için önemli bir engel teşkil ediyor. Çünkü Kuiper Kuşağı’nda bulunan buz ve kaya parçalarının, yaklaşık 4,5 milyar yıl önce Güneş’i çevreleyen toz ve gaz bulutundan bir araya gelmesinden bu yana erken Güneş Sistemi’nin en az değişime uğramış kalıntıları arasında yer aldığı düşünülüyor.
Ancak bilim insanları için sevindirici olan şu ki Kuiper Kuşağı’ndaki her madde orada kalmıyor. Çıplak gözle görülmese de Güneş Sistemi kozmik tozla dolu bulunuyor. Her yıl tahmini 5 bin 200 ton kozmik toz Dünya’ya yağıyor ve bu tozların bir kısmı buraya ulaşmak için çok uzun bir yol kat ediyor.
Keller ve meslektaşları, NASA’nın yüksek irtifa uçakları tarafından stratosferden toplanan materyaller içinde her biri 10 ila 30 mikrometre çapında olan bu tür 12 toz taneciği buldu.
Bu noktada Dünya’nın stratosferinden alınan mikron ölçeğindeki bir toz zerreciğinin Neptün’ün yörüngesinin ötesinden geldiğinin nasıl anlaşıldığı sorusu öne çıkıyor. Güneş Sistemi’nde bu durum tamamen yolculuk izleriyle belirleniyor. Gezegenler arası uzayda Güneş’ten yayılan güçlü radyasyona karşı atmosferik bir koruma bulunmuyor ve Güneş kaynaklı enerjik parçacıklar açıkta kalan tozları etkilemeden bırakmıyor.
Güneş’ten gelen enerjik parçacıklar bir toz zerreciğinin içinden geçerken kristal kafes yapısındaki atomların yerini hafifçe kaydırarak arkalarında belirgin izler bırakıyor. Mekanizmaları farklı olsa da bu durum, yüklü bir parçacığın sis odasındaki buharda iz bırakmasına benziyor.
Bir mineral ne kadar fazla bu tür iz biriktirmişse, gezegenler arası uzayda sürüklenerek o kadar uzun zaman geçirmiş oluyor. Güneş’in yörüngesinde dönen tozlar, güneş ışığının uyguladığı çok hafif bir sürüklenme kuvveti olan Poynting-Robertson etkisine maruz kalıyor ve bu etki taneciklerin kademeli olarak enerji kaybedip sarmal bir yörüngeyle Güneş’e doğru yaklaşmasına yol açıyor.
Bilim insanları bu radyasyon izlerini sayarak bir toz taneciğinin Güneş Sistemi’nin en uzak noktalarından yolculuk edebilecek kadar uzayda zaman geçirip geçirmediğini hesaplayabiliyor. Keller ve ekibinin tespit ettiği taneciklerdeki iz yoğunluğunun, asteroit kuşağından veya Jüpiter ailesi kuyruklu yıldızlarından gelen tozlardan beklenenden yaklaşık 100 kat daha fazla olduğu belirlendi. Bu veri, söz konusu taneciklerin Kuiper Kuşağı kadar uzak bir bölgeden geldiği görüşüyle örtüşüyor.
Taneciklerin mineral bileşimi ise bir başka ipucu sunuyor ve araştırmacıların tespitine göre karşılaştıkları antik suyun sırrını barındırıyor. Taneciklerin karbon bakımından olağanüstü derecede zengin olduğu ve belirli karbonlu göktaşlarının yaklaşık dört katı kadar karbon içerdiği görüldü. Bu durum, taneciklerin Güneş’ten uzakta, farklı koşullar altında oluştuğunun bir başka göstergesi oldu.
Bununla birlikte taneciklerde geçmişlerine dair önemli bir ipucu veren başka bir unsur daha bulundu: kil. Taneciklerin birçoğunda saponit ve serpantin gibi killerin yanı sıra suyun diğer minerallerle kimyasal reaksiyona girerek bileşimlerini değiştirmesiyle oluşan hidratlı mineraller yer aldı.
Bu bulgu, uzak geçmişte bir noktada toz taneciklerinin koptuğu ana gök cisimlerinin içinde sıvı suyun bulunmuş olması gerektiği anlamına geliyor. Kuiper Kuşağı günümüzde donmuş halde olsa da radyoaktif bozunma veya çarpışmaların ürettiği ısı, geçmişte bu buzlu gök cisimlerinden bazılarının iç kısımlarını suyu eritecek kadar ısıtmış ve suyun çevredeki kayalarla reaksiyona girmesine olanak tanımış olabilir.
Söz konusu su uzun zaman önce yok oldu ancak 12 tanecikteki mineraller, bir zamanlar bu su moleküllerinin parçası olan oksijenin bir kısmını bünyesinde tuttu. Oksijen, atom çekirdeklerindeki nötron sayısına göre farklılık gösteren ve izotop adı verilen çeşitli türlerde bulunuyor. En yaygın olanı sekiz proton ve sekiz nötrona sahip oksijen-16 iken, doğada kararlı halde bulunan iki daha ağır izotop daha yer alıyor: sekiz proton ve dokuz nötronlu oksijen-17 ile sekiz proton ve on nötronlu oksijen-18. Bu izotopların göreceli oranları, bir maddenin nerede ve nasıl oluştuğuna bağlı olarak değişebiliyor ve geçmişine dair bir tür kimyasal parmak izi bırakıyor.
Keller ve meslektaşları toz taneciklerindeki oksijen izotoplarını ölçtüklerinde, daha ağır türlerde alışılmadık bir yoğunlaşma tespit etti. Araştırmacılar, hidratlı mineralleri oluşturan kimyasal reaksiyonları yeniden modelleyerek bu oluşuma yol açan suyun izotopik bileşimini tahmin etmeyi başardı.
Elde edilen bulgular, minerallerin bu ağır oksijen izotoplarını, söz konusu izotoplar bakımından olağanüstü zengin olan sudan aldığını ve milyarlarca yıl önce dış Güneş Sistemi’nde var olan antik bir rezervin imzasını koruduğunu ortaya koydu. Bu izotopik imza, erken Güneş Sistemi’nin diğer bölgelerinde oluşan karbonlu göktaşlarından elde edilen su verilerinden belirgin şekilde farklı çıktı. Bu durum, uzak Kuiper Kuşağı’ndaki suyun, Güneş’e daha yakın yerlerde meydana gelen karışım ve kimyasal değişimlerden büyük ölçüde yalıtılmış ayrı bir rezerve ait olduğuna işaret ediyor.
Araştırmacılar bu yalıtımı neyin sağlamış olabileceğine dair bir fikre de sahip: dev gezegenler. Ancak bu kez dış Güneş Sistemi’nin ilkel suyunun iç Güneş Sistemi’ne geçmesini engelleyen bir kalkan görevini Jüpiter değil Satürn üstlendi.
Erken Güneş Sistemi modelleri, Satürn’ün genç Güneş’i çevreleyen gaz ve toz diskinde bir basınç tümseği oluşturarak maddelerin iç kısımlara doğru sürüklenmesini yavaşlatmış veya tamamen durdurmuş olabileceğini gösteriyor. Dolayısıyla Satürn, buz devleriyle birlikte Güneş’e daha yakın dolaşan maddelerden farklı bir izotopik imzaya sahip su rezervinin korunmasına yardımcı olmuş olabilir.
Bilim insanları erken Güneş Sistemi’nde ağır oksijen bakımından zengin böyle bir su rezervinin var olduğundan uzun süredir şüpheleniyordu ancak buna dair kanıt bulmak oldukça zordu. İncelenebilen göktaşlarının çoğu, yoğun karışım ve kimyasal değişimlerin orijinal izotopik imzaları gizlediği bölgelerden geliyor.
On iki toz taneciği ilk bakışta az gibi görünse de kat ettikleri mesafe ve toplanma biçimleri dikkate alındığında büyük önem taşıyor. Keller ve New York Eyalet Üniversitesinden ortak yazar George Flynn, 2022 yılında yayımladıkları bir makalede, iç Güneş Sistemi’ne giren gezegenler arası tozun dörtte biri kadarının Kuiper Kuşağı’ndan gelmiş olabileceğini tahmin etmişti.
Dünya’ya sürekli yağan kozmik toz yağmurunun içinde, yolculuğun izlerini taşıyan ve milyarlarca yıl boyunca hayatta kalarak evlerin çatı oluklarına kadar ulaşan Güneş Sistemi’nin en erken tarihine ait sayısız başka parçanın bulunabileceği belirtiliyor. Söz konusu araştırma Science Advances dergisinde yayımlandı.
