Dünyanın Suyu Uzaydan Geliyor >> Buzlu Kuyrukluyıldızlar gezegendeki suyun ana kaynağı
Dünyamız 4,6 milyar yıl önce binlerce asteroitin çarpışmasıyla oluştu ve tahmin edebileceğiniz gibi önceleri çok sıcak bir gezegendi. Dünyanın kabuğu 500 milyon içinde soğuyarak katılaştı. İlk zamanlarda ise gezegenimiz 700 derece sıcaklığındaki lav akıntılarıyla ve erimiş kaya denizleriyle kaplıydı.
Yeryüzü gençliğinde su tutamayacak kadar sıcak olduğuna göre, bugün okyanusları dolduran su nereden geldi? Dünya’nın yüzde 70’i sularla kaplıdır ve artık bu suyun uzaydan geldiğini biliyoruz: Dünya’nın suyunu gezegenimize çarpan asteroitler ile buzlu kuyrukluyıldızlar taşıdı!
2011 yılında gökbilimciler, bir kuyrukluyıldızın kimyasal yapısını incelediler ve kuyrukluyıldızda bulunan suyun Dünya’daki suyla aynı özelliklere sahip olduğunu kanıtladılar. Oysa şimdiye kadar incelenen kuyrukluyıldızlardaki suyun kimyasal yapısı Dünya’dan farklı çıkmıştı. İyi de bunun anlamı ne? Su sudur… Suyun farklı kimyası mı olur?
Evet olur, suyun sudan farkı vardır
Bilim adamları “Su sudan farklıdır” derken; elbette ki içine gaz basılmış sahte kuyu suyu ile gerçek maden suyu arasındaki farkı kast etmiyor. Söylemek istedikleri şey, evrende farklı “su molekülleri” olduğudur. Örneğin normal su var, “ağır su” var ve bir de “yarı ağır su” var. Yarı ağır su bizim için önemli fakat bunu anlatmak için önce “ağır sudan” söz etmek gerekiyor.
Detaylara inmeyelim ama ağır suyun bildiğimiz şişe suyundan ne kadar farklı olduğunu öğrenmek istiyorsanız, nükleer santrallerde radyasyon kalkanı olarak kullanılan ağır su havuzlarından bir bardak su alıp içmenizi öneririm… Ya da bu fikri unutun, sakın ağır su içmeyin! Ağır su zehirlidir, içerseniz ölürsünüz.
“Ağır Su” nedir ve bunun Dünya’daki suyun uzaydan gelmesiyle ne ilgisi var?
Bilim adamları Dünya’daki suyun uzaydan gelip gelmediğini nasıl test edebilirler sizce? Zaman makinesiyle geçmişe gidemezler ve Dünya’daki suyun nereden geldiğini görmek için, Yeryüzü’ne çarpan eski göktaşlarını kameraya alamazlar :)!
Ancak, başka bir şey yapabilirler: Dünya’daki suyun “ağır su oranını” uzaydaki kuyrukluyıldızların taşıdığı suyla karşılaştırabilirler.
Kuyrukluyıldız suyunun “ağır su oranı”, Yeryüzü okyanuslarındaki “ağır su oranı” ile aynıysa, gezegenimizdeki su uzaydan gelmiş demektir. Öte yandan, Dünya’daki suyun “kimyası” uzaydaki suyun kimyasından farklıysa, gezegenimizdeki suyun uzaydan geldiğini söyleyemeyiz. Mesele bu kadar basit…
…Yok, aslında o kadar basit değil. Çünkü bilim adamları, 40 yıl önce “Dünya’nın suyu uzaydaki asteroitler ve kuyrukluyıldızlardan geliyor” fikrini ortaya attıklarında beklemedikleri bir sonuçla karşılaştılar: Teleskoplarla yapılan gözlemler ve Dünya’ya düşen göktaşlarındaki su kalıntılarının laboratuvar analizleri, uzaydaki suyun “kimyasının” Yeryüzü’ndeki sudan farklı olduğunu gösterdi!
Bu problem bilim adamlarını uzun yıllar boyunca uğraştırdı. Dünya’nın suyu uzaydan gelmiyorsa nereden geliyordu? Dünya ilk oluştuğu zaman su tutamayacak kadar sıcaktı dedik… Bu meseleyi çözmek için ağır suyun ne olduğundan kısaca bahsetmemiz gerekiyor.
Ağır suyun kimyası
Ağır suyun bilimsel adı döteryum oksittir (2H2O veya D2O şeklinde yazabiliriz). Ağır su molekülleri 2 döteryum atomu (hidrojen-2 izotopu) ve bir oksijen atomundan oluşur. İçme suyu, yağmur suyu ve deniz suyu ise 2 hidrojen atomu (hidrojen-1) ve bir oksijen atomundan oluşur (sadece H2O). Ağır sudaki hidrojen-2 atomları fazladan bir nötron içerir ve bu da normal hidrojen atomlarından iki kat daha kütleli olmalarına sebep olur (Ağır su; ağır hidrojen, yani döteryum içeren su moleküllerinden oluşur).
Ağır su canlılar için çok zehirlidir. Memeliler, örneğin fareler ağır su içtikten bir hafta sonra ölüyorlar (vücut suyundaki hidrojenin yarısı döteryumdan oluştuğunda). Doktorlar, ağır sudan ölüm nedenini sitotoksik zehirlenme olarak tanımlıyor. Bu, yoğun kemoterapi gören kanser hastalarında veya ağır radyasyon zehirlenmesi vakalarında görülen bir durumdur. Döteryum radyoaktif değildir ama insanlarda ve diğer canlılarda hücre bölünmesini durdurarak ölüme yol açar.
Dünya’nın okyanusları ağır sudan oluşmuyor. Yoksa biz şimdi burada olmazdık
Ağır sudan oluşan okyanuslarda bugünkü anlamıyla hayat gelişemezdi. Dünya’daki hayatın kaynağının sıvı su olduğunu ve Yeryüzü’ndeki suyun büyük ölçüde normal su olduğunu biliyoruz… Peki, kuyrukluyıldızlarda ne kadar “ağır su” ve ne kadar normal su var?
Örneğin, Dünya’daki su kaynaklarını oluşturan normal suda, her 1 milyon hidrojen atomuna karşılık 156 döteryum atomu olduğunu görüyoruz. Bu durumda, Dünya’daki suyun uzaydan gelip gelmediğini anlamak üzere, kuyrukluyıldız suyunun döteryum oranına bakmamız gerektiğini düşünebiliriz.
Ancak, Dünya’da ve kuyrukluyıldızlarda ağır su oranı çok düşük olduğu için, ağır su karşılaştırması yaparak net bir sonuca varamıyoruz. Bu nedenle, kuyrukluyıldız suyu ile Dünya’daki suyu karşılaştırırken “ağır su” oranına değil de “yarı ağır su oranına” bakıyoruz. Yarı ağır su, ölçümlerde bize daha kesin bir sonuç sağlıyor.
Yarı ağır su moleküllerinde, iki hidrojen atomundan SADECE BİRİ döteryumdan oluşuyor (ağır suda ise her iki hidrojen atomu da Hidrojen-2 izotopu, yani döteryumdur). Dolayısıyla yarı ağır su moleküllerinin (HDO) kendine özgü bir döteryum-hidrojen oranı vardır. Kuyrukluyıldızlar ve Dünya’da bulunan suyun büyük kısmı normal sudan ve bir kısmı da “yarı ağır sudan” oluşuyor.
Gökbilimciler yaptıkları incelemelerde, kuyrukluyıldızlardaki “yarı ağır su” oranının (su moleküllerindeki döteryum/hidrojen oranının) okyanus suyundan farklı olduğunu tespit ettiler. Her ne kadar kuyrukluyıldızlarda bulunan su büyük ölçüde normal su olsa da, yarı ağır su oranının Dünya’dan farklı olması, gezegenimizdeki suyun bu kuyrukluyıldızlardan gelmediğini gösteriyordu.
Burada nükleer fizik detaylarına girmeyelim ama Dünya’daki ağır suyu VE yarı ağır suyu oluşturan döteryum miktarının, Güneş Sistemi’nin doğuşundan bu yana hiç değişmediğini biliyoruz. Gezegenimizdeki ağır suyu oluşturan döteryum radyoaktif olmadığından, 4 milyar yıl boyunca hiç değişmeden kalmıştır… Yani “radyoaktif bozunmaya uğramadığı için” aradan geçen sürede başka bir atoma dönüşmemiştir.
Dolayısıyla, Dünya’daki “yarı ağır su oranı” da okyanuslarımız 4 milyar yıl önce oluştuğundan beri hiç değişmeden kalmıştır.
Uzayda su avlamak
Bilim adamları Dünya’daki suyun uzaydan geldiğini biliyorlardı, çünkü Dünyamız gençliğinde süper sıcak bir ateş topuydu. Böyle bir gezegende sıvı su bulunamazdı, başlangıçtaki bütün su stokları hızla buharlaşarak uzaya kaçardı. İlk gözlemlenen kuyrukluyıldızlardaki yarı ağır su oranının Dünya’dan farklı çıkması bilim adamlarını işte bu yüzden şaşırttı. Kuyrukluyıldızların Dünya’daki suyun başlıca kaynağı olduğu düşünülüyordu.
Sonuçta kuyrukluyıldız olarak adlandırdığımız gökcisimleri üstü buzla kaplı asteroitlerden oluşmaktadır. Bu da üstündeki buz tabakası Güneş Rüzgarı ile buharlaşmış olan, ama korunaklı kayalık çekirdeğinde hâlâ bir miktar su bulunduran kuyrukluyıldız artıklarının Dünya’ya su taşıyabileceği anlamına geliyor.
Tabii bilim adamları yarı ağır su oranındaki farkı hesaba kattıklarında, Dünya’daki suyun en fazla yüzde 10’unun kuyrukluyıldızlardan gelmiş olabileceği sonucuna vardılar. Geri kalan suyu, Dünya’ya su bakımından zengin asteroitler taşımış olmalıydı.
Bu tür asteroitler Yeryüzü’ne çarpınca patlıyor ve patlamanın etkisiyle buharlaşan suyu Dünya atmosferine saçıyordu. Atmosferde biriken su buharı da zamanla gezegene yağmur olarak düşüyor ve Dünya’daki çukurları doldurarak denizleri meydana getiriyordu… Öyleyse su bakımından zengin asteroitler Dünya’ya nereden geliyordu?
Asteroitler Kuiper Kuşağı’ndan geliyor
Güneş sisteminde üç asteroit bölgesi var: Birincisi, Mars ile Dünya arasında yer alan Asteroit Kuşağı. İkincisi, Güneş Sistemi’nin hemen dışında, en uzak gaz devi Neptün’ün yörüngesinin hemen ötesinde bulunan Kuiper Kuşağı ve üçüncüsü de gezegenlerden çok daha uzaktaki Oort Bulutu.
Asteroit Kuşağı’nda su bakımından zengin asteroit yok. Asteroit Kuşağı Güneş’e yakın olduğu için, buradaki gökcisimlerinin su rezervleri son birkaç milyar yılda buharlaşmıştır. Yüklü parçacıklardan oluşan Güneş Rüzgârının bunda büyük pay sahibi olduğunu biliyoruz… Güneş’e yaklaşan kuyrukluyıldızları kaplayan buz tabakası ısınarak buharlaşıyor ve Güneş Rüzgârı bu gaz bulutunu arkaya doğru ince, uzun bir kuyruk halinde üflüyor. Böylece kuyrukluyıldızın buz tabakası zamanla eriyip tükeniyor.
Güneş Sistemi’nde üçüncü sırada yer alan ve Plüton’un yörüngesinden bile uzakta olan Oort Bulutu’ndaki kuyrukluyıldızlar ise Güneş’e çok uzak oldukları için ısınarak buharlaşmıyor ve buz tabakasını buharlaşma yoluyla kaybetmiyor.
Ancak Bilim adamları, Oort Bulutu’ndan İç Güneş Sistemi’ne ulaşan az sayıdaki kuyrukluyıldızın “yarı ağır su” oranını incelediklerinde, bu oranın Dünya’dan farklı olduğunu buldular. Bu da Dünya’daki suyun Oort Bulutu kuyrukluyıldızlarından gelmediğini gösteriyordu. Asteroit Kuşağı’nda da fazla su olmadığına göre, Dünya’daki suyun kaynağı olarak, geriye sadece Neptün yörüngesinin az ötesindeki Kuiper Kuşağı kalıyor.
Kuiper Kuşağı’nda “Dünya suyu” bulundu
Almanya, Max Planck Güneş Sistemi Enstitüsü’nden Gökbilimci Paul Hartogh ve ekibinin Avrupa Uzay Ajansı (ESA) Herschel Uzay Gözlemevi ile yaptığı araştırmalarda, Kuiper Kuşağı’ndan gelen “103P/Hartley 2 kuyrukluyıldızındaki” suyun kimyasının, Dünya okyanuslarına benzediği ortaya çıktı.
Bilim adamları bu keşifle iki sorunu birden çözmüş oldular: 1) Dünyadaki suyun büyük kısmının asteroitlerden değil, onlardan buzlu yapısı gereği daha fazla su barındıran kuyrukluyıldızlardan geldiği teorisi için yeni ve güçlü bir kanıt elde ettiler. 2) Daha da önemlisi, Dünya’daki suyun uzaydan geldiği kesin olarak kanıtlanmış oldular.
103P/Hartley 2, aslında Jüpiter Ailesi olarak adlandırılan bir kuyrukluyıldız sınıfına giriyor; yani bu kuyrukluyıldızın yörüngesinin bir ucu (bize yakın ucu) Jüpiter’in yakınından geçiyor. Nitekim, gökbilimcilerin bilgisayarla yaptığı yörünge simülasyonları 103P/Hartley 2’nin, Neptün’ün ötesindeki Kuiper Kuşağı’ndan geldiğini gösteriyor.
Bununla birlikte, bazı bilim adamları, Dünya’daki suyun büyük kısmını asteroitlerin taşıdığına inanıyor ama elimizde bu sonuca varmak için yeterli kanıt bulunmuyor. Ancak şunu biliyoruz: Güneş’e yaklaşan bütün kuyrukluyıldızlar er ya da geç buharlaşarak çıplak kaya parçalarına, sıradan asteroitlere dönüşecekler.
Bakalım, mevcut kuyrukluyıldızlar ile asteroitler arasındaki “Dünya’ya suyu ben getirdim!” yarışını kim kazanacak? (Güneş Sistemi’nde en çok su hangi gezegende var? İnfografik için tıklayınız).
Oort Bulutu, Kuiper Kuşağı ve Kuyrukluyıldızlar: Solar System Ice – David Jewitt (SETI Talks)
aslında canlı ihtimal hesapları yapılırken hep kendi bildiklerimiz ışığında yaptığımız için hesap bazen tutmayabiliyor. belki ağır su ile de yaşam mümkündür, ya da su yerine başka bir yapıtaşına bağımlı hayat normları olabilir. Böyle düşününce olasılıklar sınırsız oluyor.
Okyanusların kökeni diye bir belgesel seyretmiştim.. Orada bir ayrıntı çok dikkat çekiciydi yapılan analizlerde dünyanın çok erken dönemlerinde yanlış hatırlamıyosam 100 milyon veya daha genç bir yaştayken okyanuslara sahip olduğu bilimsel keşiflerle ortaya konmuştu. Yani okyanusları oluşturan suyun çok büyük bir kısmı zaten dünyanın oluşum anında toplanan maddenin bir parçasıydı yani dünya sahip olduğu suyun büyük kısmına daha ilk baştan sahipti. Zamanla dış kaynaklı su ilavesi olduysada asıl kaynak dünyayı oluşturan kayalarda ki suydu. Bu açıklama bence çok akıllıca ve doğru olanda bu gibi geliyor bana..
Güzel yazınız için teşekkürler
Yeni oluşan bir gezegenin kabuğunun lav halinde erimiş olduğunu düşündüğümüzde, Dünya’nın ilk 100 milyon yıl içinde okyanuslara sahip olması zor. Öte yandan Ay, Dünya’ya 4 milyan yıl önce, Dünya 600 milyon yıl yaşındayken çarpan Mars büyüklüğündeki bir gezegenle oluştu. Bu çarpışma sırasında Dünya’nın kabuğu tümüyle eridi ve varsa, orijinal suyunu kaybetti. Bugün Dünya’daki su 3,9 ila 3,4 milyar yıl önce Dünya’ya çarpan kuyrukluyıldızlardan gelmektedir.