Кометы, астероиды, метеориты приносят в Солнечную систему воду из космоса. А в космосе откуда берется вода?

    Как ни странно, источники воды – звезды. Вода накапливалась в межзвездном пространстве с тех пор, как появились первые звезды, более десяти миллиардов лет, поэтому Н₂О старше Солнца, которому всего 4.5 миллиарда.

                                                     Рис. 1

           Межзвездный газ, звезды и Солнце на 75% состоят из водорода, второй по обилию элемент – гелий, а третий – кислород, по массе его больше, чем каждого из других химических элементов. Основной поставщик кислорода – звезды «среднего возраста». Как подчеркивает Главный научный сотрудник Геологического института РАН Ю.А. Балашов, для объединения атомов водорода и кислорода в молекулу воды, необходима  высокая температура в тысячи градусов.

          Когда в звездах завершаются ядерные реакции превращения водорода в гелий, ядро звезды сжимается, его температура повышается и включаются новые термоядерные реакции образования кислорода, углерода, азота. Равновесие сил газового давления и гравитации нарушается. Атмосфера такой звезды раздувается и охлаждается, поэтому звезда превращается в красного гиганта.  На этой стадии атмосферы постепенно покидают звезды и рассеиваются в пространстве. У многих  звезд на такой стадии наблюдаются объемные колебания, истечение атмосфер, образование рассеивающихся планетарных туманностей  (рис. 2).

                                                                           Рис. 2

       Поступающие из ядра звезды ионы и атомы кислорода в условиях более низкой температуры атмосферы превращаются в молекулы. Дальше от звезды, где холоднее, молекулы более тугоплавких химических элементов объединяются в пылинки, а водород и кислород покрывают пылинки ледяным слоем (рис. 3). 

                                               Рис. 3

Поэтому не удивительно, что молекулы воды так широко распространены в космосе. После молекулы водорода Н₂ и очень стабильной молекулы СО вода Н₂О на третьем месте. Следующий этап жизни воды – на пылинках газопылевых облаков (рис 4).

                                               Рис. 4

   Межзвездные пыль и газ образуют облака различного размера, температуры и плотности. Эти облака заполняют огромные темные холодные пространства  между звездами. В результате быстрого вращения галактик газопылевое вещество опускается к их экваторам, где формируются более плотные диски. Именно в них возникают уплотнения, превращающиеся в зоны звездообразования.

        Наступает следующий этап – вода активно участвует в рождении молодых звезд. В сгустках газопылевых облаков неоднократно обнаруживали воду. Наблюдали воду и в окрестностях очень молодых звезд, еще не освободившихся от окружающего их газопылевого вещества. Вода в виде холодного пара способствует охлаждению протозвезд и их дальнейшему сжатию.

   «Группа американских астрономов из Корнеллского университета нашла в большом молекулярном облаке созвездия Ориона (область активного звездообразования)  самую значительную из известных концентрацию паров воды. За один день это гигантское облако производит из водорода и кислорода такое количество воды, которым можно было бы 60 раз наполнить все моря и океаны земного шара.» (рис. 5)

                                                         Рис. 5

    Воды  в космосе огромное количество, но ее довольно сложно наблюдать по многим причинам. БОльшая часть воды находится в виде льда, которого насчитывается 11 модификаций, в зависимости от давления и температуры изменяется структура кристаллических решеток, а при низких  температурах лед становится аморфным. 

   Некоторые спектральные линии воды обнаруживаются при космических исследованиях в инфракрасном, субмиллиметровом и ультрафиолетовом диапазонах.

   Спектры воды с Земли наблюдаются в радиодиапазоне (1.35 см) в виде линий поглощения на фоне спектров излучающих источников.

  Большой неожиданностью было обнаружение в некторых областях звездообразования вместо линий поглощения ярких линий излучения молекул ОН и Н₂О. Линии были очень узкими, что говорит о кинетической температуре всего в пару десятков градусов Кельвина. С другой стороны, зная расстояние до наблюдаемых объектов, оценили яркостную температуру, которая оказалась  неимоверно высокой: 10^14 – 10^15 К ! Стало ясно, что это излучение не тепловое, а мазерное. Мазеры – лазеры радиодиапазона. Накачка мазеров производится инфракрасным излучением образующихся звезд, которые пока не сжались и не разогрелись. Их размеры – с Солнечную систему, а температура  всего 3-4 тысячи градусов.

   Вода не только участвует в образовании звезд, но и активно влияет на дальнейшую судьбу планетных систем.

   Водород и кислород захватываются звездным ветром и в условиях более низкой, чем в звезде, температуры, порядка тысяч градусов, образуют пар, и в таком виде вода попадает на поверхности планет. Возможность удержания пара (воды) в атмосферах зависит от массы планет и их температуры. Следовательно, вода может существовать и на планетах других звезд.

   Описанные процессы можно наблюдать на примере Солнца и Солнечной системы. На планетах, близких к Солнцу, вода испаряется, на Земле – условия для жидкой воды – наилучшие. Возможно, есть вода и на Марсе, и на  некоторых спутниках планет. Самые далекие планеты состоят из льда с примесью более тяжелых элементов. Периферия бывшего газопылевого блака, из которого возникла Солнечная система, занята астероидами пояса Койпера и кометами области Оорта. ( рис 6)  Эти тела почти полностью состоят из льда, кометы часто попадают во внутренние области Солнечной системы, и, неся замерзшую воду, падают на Солнце.

                                                       Рис. 6

      Наше Солнце не остается в долгу: его солнечный ветер заполняет гелиосферу и выносит массы воды в межзвездное пространство. Ведь на планеты попадает ничтожная часть солнечного ветра. Суммарный угловой диаметр всех планет, видимых с Солнца, не превышает 5-6 минут, а солнечный ветер распространяется  с различной интенсивностью во все стороны на 360 градусов.

     История космической воды продолжается…