دنبالهدارها را میتوان به نوعی «محوطههای باستانشناسی» منظومهی شمسی دانست. آنها در نخستین مراحل شکلگیری منظومهی خورشیدی به وجود آمدهاند و ترکیب شیمیاییشان میتواند تصویری از شرایط محیطی اطراف خورشید اولیه را به ما نشان دهد؛ شرایطی که حتی پیش از تشکیل سیارهها وجود داشته است.
مقالهای تازه از پژوهشگران چندین مؤسسه در ایالات متحده و اروپا با استفاده از آرایهی میلیمتری/زیرمیلیمتری بزرگ آتاکاما (ALMA) توانسته تصاویر طیفی-مکانی دقیقی از دنبالهدار ۱۲P/Pons-Brooks ثبت کند. این دنبالهدار شباهت زیادی به دنبالهدار مشهور هالی دارد و شاید سرنخهایی در اختیار ما قرار دهد دربارهی اینکه آب زمین از کجا آمده است.
شاید در نگاه اول بدیهی نباشد، اما آب اقیانوسهای زمین تنها یک نوع نیست. متداولترین شکل آن همان مولکول آشنای H₂O است، اما در کنار آن نوع دیگری از آب وجود دارد که به آن آب نیمهسنگین (Semi-heavy water) گفته میشود. در این نوع آب، یکی از اتمهای هیدروژن با دوتریوم جایگزین شده است؛ دوتریوم ایزوتوپی از هیدروژن است که بهجای یک نوترون، دو نوترون در هسته دارد. در حدود یک مولکول از هر ۳۲۰۰ مولکول آب اقیانوسها از این نوع نیمهسنگین است. این نسبت به «نسبت D/H» مشهور است.
حتی نادرتر از آن، آب سنگین واقعی (D₂O) است که در آن هر دو اتم هیدروژن با دوتریوم جایگزین میشوند. این حالت تنها در حدود یک مولکول از هر ۴۱ میلیون مولکول آب زمین رخ میدهد.
نسبت آب معمولی به آب نیمهسنگین (نسبت D/H) مدتهاست که توجه اخترشناسان را جلب کرده است. دلیل آن هم این است که این نسبت مانند یک «اثر انگشت کیهانی» عمل میکند و میتواند نشان دهد که منبع اولیهی آب زمین چه بوده است. زیرا هیچ فرآیند زیستی یا شیمیایی شناختهشدهای وجود ندارد که بتواند این نسبت را در مقیاس جهانی تغییر دهد. بنابراین نسبت کنونی باید همان نسبتی باشد که هنگام ورود آب به زمین وجود داشته است.
سالها این پرسش مطرح بود که آیا دنبالهدارها مسئول آوردن آب به زمین بودهاند یا خیر. اما دادههای موجود همواره مبهم و متناقض بودند. بیشتر دنبالهدارهایی که پیشتر بررسی شدند، نسبت D/H بالاتری در آب موجود در گیسوی خود (Coma) داشتند و این پرسش را برانگیختند که آیا واقعاً منبع اصلی آب زمین بودهاند یا نه.
با این حال، در سالهای اخیر نتایج تازهای به دست آمد. بررسی دنبالهدارهای متعلق به «ابر اورت» و دنبالهدارهای «خانوادهی مشتری» (Jupiter-family comets) نشان داد که این اجرام در واقع نسبت D/H مشابهی با آب اقیانوسهای زمین دارند. همین یافتهها دوباره دنبالهدارها را بهعنوان نامزدهای اصلی منشأ آب زمین مطرح کرد.
اما تا همین اواخر، هیچکس نتوانسته بود این نسبت صحیح را در یک دنبالهدار از نوع «هالیگونه» بیابد. و درست همین موضوع مهمترین یافتهی مقالهی جدید است.
آرایهی ALMA در آوریل و مه ۲۰۲۴ گیسوی دنبالهدار ۱۲P/Pons-Brooks را مورد رصد قرار داد. یک دورهی پیوستهی هفتروزه دادههایی از آب نیمهسنگین در این دنبالهدار ثبت کرد و در یک روز دیگر نیز سیگنال طیفنگاری بسیار قویتری از آب معمولی اندازهگیری شد.
برای همگامسازی دادههای این دو بازهی زمانی و اطمینان از اینکه تغییرات احتمالی تولید آب میان آنها اثرگذار نباشد، پژوهشگران از مدل انتقال تابشی بر پایهی متانول استفاده کردند. متانول یکی از گازهای رایج در دنبالهدارهاست و بهعنوان شاخصی برای تغییرات احتمالی میزان تولید آب به کار رفت. برای اثبات دقت این مدل، دادههای تلسکوپ فروسرخ ناسا (IRTF) نیز استفاده شد که نشان داد نرخ تولید متانول و آب در طول این مدت ثابت بوده است.
این موضوع اهمیت زیادی داشت، زیرا ثابت میکرد که هم آب معمولی و هم آب نیمهسنگین موجود در گیسو ناشی از تصعید مستقیم یخهای هستهی دنبالهدار بوده و در خود گیسو از طریق واکنشهای شیمیایی تولید نشده است.
یکی از ویژگیهای ارزشمند دادههای ALMA وضوح مکانی آن بود. برای نخستین بار توانستیم دادههای مکانی نسبتهای D/H را در یک دنبالهدار هالیگونه به دست آوریم. هرچند این یافته تأثیر بزرگی بر نسبت کلی نداشت، اما میتواند برای مطالعات آینده دربارهی فیزیک دنبالهدارها بسیار مفید باشد.
علاوه بر این، دادههای مکانی میتوانند با نتایج مربوط به دنبالهدارهای دیگر ترکیب شوند و فرضیهای جالب را تقویت کنند: اینکه شاید تمام این دنبالهدارها ــ با وجود تقسیمبندیهای امروزی ما ــ در اصل از یک منطقهی مشترک شکل گرفته باشند. شباهت در نسبتهای D/H بهاندازهای است که پژوهشگران احتمال میدهند این دنبالهدارها در اوایل تاریخ منظومهی شمسی و در فاصلهای کمتر از ۱۰ واحد نجومی از یکدیگر پدید آمدهاند. تفاوتهایی که امروز میان دستههای گوناگون دنبالهدار میبینیم، بیشتر حاصل تحولات بعدی در مسیرهای مداری و شرایط محیطی آنهاست.
البته برای اثبات این نظریه دادههای بیشتری لازم است. اگر درست باشد، دنبالهدارها تنها مهمانان باشکوهی نیستند که هر چند دهه آسمان ما را روشن میکنند، بلکه رشتهای مشترکاند که تاریخ میلیاردسالهی منظومهی شمسی را به هم پیوند میزنند.
این مقاله سهم مهمی در فهم ما از منشأ آب زمین دارد و نشان میدهد که دنبالهدارها احتمالاً نیروی محرکهی اصلی در ایجاد اقیانوسهای سیارهی ما بودهاند. با این حال، هنوز پرسشهای بسیاری دربارهی آنها بیپاسخ مانده است؛ پرسشهایی که تنها با گردآوری دادههای بیشتر روشن خواهد شد.
