После четырех лет наблюдений космического пространства космический телескоп «Гершель» выявил наличие в межзвездной среде воды. Это стало возможно благодаря его беспрецедентной чувствительности и хорошему спектральному разрешению на ключевых длинах волн. «Гершель» обнаружил это важнейшее для возникновения жизни соединение в звездообразующих молекулярных облаках.
Вода необходима для возникновения и существования жизни в том виде, в котором мы ее видим вокруг себя. Она покрывает более 70 процентов поверхности нашей планеты. И присутствует в виде пара в атмосфере. Хотя количество воды на Земле может показаться достаточно большим, она является лишь незначительной составляющей общей массы нашей планеты.
Откуда вода на Земле?
В настоящее время не до конца ясно, была ли вода, которая в настоящее время присутствует на нашей голубой планете, здесь со времени ее образования. То есть около 4,6 миллиарда лет назад. Или она пришла извне в результате воздействия падающих на планету объектов.
Согласно одной из ведущих теорий, объясняющих как возникла Солнечная система, Земля и внутренние планеты были чрезвычайно горячими и сухими в течение первых нескольких сотен миллионов лет после своего образования. В этом случае выходит, что вода попала на эти планеты уже после их образования. Это произошло в результате падения небольших тел. Таких, как метеориты, астероиды и/или кометы. То есть обломков протопланетного диска, из которого сформировались планеты и их луны.
Существуют различные способы выяснить историю присутствия этой важнейшей молекулы на нашей планете. Нужно изучать «подсказки» в нашей Солнечной системе. Либо заглядывать в звездные «питомники», где рождаются близнецы нашего Солнца и планет.
Космический телескоп «Гершель» созданный ЕКА, был запущен в 2009 году. Он производит наблюдения за космическим пространством в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах длин волн. В своих исследованиях он использует комплексный подход, пытаясь обнаружить воду в местах формирования звезд и планет в нашей Галактике.
Вода во Вселенной была впервые обнаружена в звездообразующих молекулярных облаках в конце 1960-х годов. Это была шестая идентифицированная межзвездная молекула из почти 200, которые известны на сегодняшний день.
Вода во Вселенной
После произведенного открытия астрономы предположили, что вода достаточно широко будет присутствовать в различных космических средах. Ведь она состоит из двух наиболее распространенных химических элементов. Это водород, который появился в момент Большого Взрыва. И кислород, произведенный в «печах» звезд на протяжении всей истории Вселенной.
И действительно, вода наблюдается в самых разных космических объектах. Таких, как планеты, луны, звезды, звездообразующие облака и даже области вне нашего Млечного Пути. В звездных колыбелях других галактик. Однако из-за водяного пара, присутствующего в атмосфере Земли, изучение этой молекулы астрономическими наблюдениями было затруднено.
На протяжении десятилетий астрономы использовали широкий спектр инструментов для изучения воды в космосе. Это были и наземные обсерватории в сухом климате горных вершин. И аэромобильные телескопы на стратосферных шарах. Поэтому, несомненно, космический телескоп, далекий от влажной среды нашей планеты, является, идеальным инструментом для исследования космической воды.
Поиски воды в космосе
Первый спутник, посвященный этой теме, Инфракрасная космическая обсерватория ESA (ИСО), был запущен в 1995 году. Он эксплуатировался до 1998 года. Вскоре после этого были запущены Submillimeter Wave Astronomy Satellite (SWAS) и Spitzer Space Telescope. А также спутник шведской компании International Odin.
Продолжая эту славную традицию, космический телескоп «Гершель», имеющий новейшее по тем временам оборудование, обеспечил новый уровень исследований космической воды. В том числе благодаря имеющемуся на его борту Heterodyne Instrument for Far Infrared (HIFI).
Чтобы обнаружить присутствие молекулы воды в районе космического объекта, астрономы ищут набор очень специфических «отпечатков пальцев», или линий в спектре источника. Они вызваны вращением или колебаниями в структуре молекулы.
Эти линии наблюдаются в пределах спектров электромагнитных волн, охватывающих диапазон от инфракрасных до микроволновых длин, в зависимости от типа молекулы и ее температуры. В случае с водой некоторые из наиболее интересных линий – это те, которые соответствуют наименьшей энергетической конфигурации водяного пара, другими словами, его наземного или «холодного» состояния – находятся в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах, недоступных при наблюдениях с Земли.
Специально разработанный для «охоты» на воду и другие молекулы, прибор HERSI Herschel имеет беспрецедентное спектральное разрешение, которое может ориентироваться на 40 различных линий воды.
Вода в прародителях звезд и планет
В то время как о существовании водяного пара в звездообразующих областях было известно довольно давно, космический телескоп «Гершель» впервые обнаружил его в предзвездном ядре. Это ядро является холодным куском плотного материала. Который позже превратится в звезду. Предзвездное ядро, называемое Lynds 1544, находится в молекулярном облаке Тельца. Это обширная области газа и пыли, которая представляет собой «инкубатор» будущих звезд и планет.
По данным «Гершеля» астрономы смогли оценить количество водяного пара в Lynds 1544. Оно составило более 2000 объемов воды в океанах Земли. Если какие-либо планеты появятся вокруг звезды, сформировавшейся из этого ядра, вполне вероятно, что часть воды, обнаруженная «Гершелем», окажется на этих планетах.