Utilizzando il satellite a infrarossi AKARI, un gruppo di ricerca giapponese ha rilevato per la prima volta l'esistenza di acqua sotto forma di minerali idratati in un certo numero di asteroidi. Questa scoperta contribuirà alla comprensione della distribuzione dell'acqua nel sistema solare, l'evoluzione degli asteroidi, e l'origine dell'acqua sulla Terra.

I risultati sono stati realizzati dal team guidato dal Project Assistant Professor Fumihiko Usui (Graduate School of Science, Università di Kobe), Ricercatore senior associato Sunao Hasegawa, Associato di ricerca in progetti aerospaziali Takafumi Ootsubo (Istituto di scienze spaziali e astronautiche, Agenzia di esplorazione aerospaziale giapponese), e il Professore Emerito Takashi Onaka (Scuola di specializzazione in Scienze, Università di Tokyo). I risultati sono stati pubblicati il ​​17 dicembre nell'edizione online di accesso avanzato di Pubblicazioni della Società Astronomica del Giappone .

La Terra è un pianeta acquatico, ed è l'unico pianeta del sistema solare in cui è stata confermata la presenza di acqua sulla superficie del pianeta. Noi siamo, però, non sono ancora sicuro di come la Terra abbia acquisito l'acqua. Recenti studi hanno dimostrato che altri corpi celesti del sistema solare hanno, o era solito avere, acqua in qualche forma. Area di asteroidi tra i candidati che hanno portato l'acqua sulla Terra. Nota che l'acqua liquida non scorre sulla superficie degli asteroidi, ma l'acqua è trattenuta negli asteroidi come minerali idratati prodotti da reazioni chimiche dell'acqua e delle rocce anidre. Queste reazioni si sono verificate all'interno degli asteroidi in un processo di alterazione acquosa. I minerali idratati sono stabili anche al di sopra della temperatura di sublimazione del ghiaccio d'acqua. Così, cercando minerali idratati, possiamo indagare se gli asteroidi hanno acqua.

Le lunghezze d'onda infrarosse contengono caratteristiche spettrali caratteristiche di varie sostanze, comprese le molecole, ghiaccio e minerali, che non possono essere osservati alle lunghezze d'onda visibili. Perciò, è necessario osservare alle lunghezze d'onda dell'infrarosso per lo studio degli oggetti del sistema solare. I minerali idrati mostrano caratteristiche di assorbimento diagnostico a circa 2,7 micrometri. L'assorbimento di vapore acqueo e anidride carbonica nell'atmosfera terrestre ci impedisce di osservare questa lunghezza d'onda con i telescopi terrestri. È quindi necessario effettuare osservazioni dall'esterno dell'atmosfera, nello spazio. Però, ci sono state poche osservazioni con telescopi spaziali; l'Infrared Space Observatory (ISO), lanciato nel 1995, non aveva una sensibilità sufficiente per fare la spettroscopia di deboli asteroidi e lo Spitzer Space Telescope, lanciato nel 2003, non aveva una copertura di questo intervallo di lunghezze d'onda. Per questa ragione, non è stato completamente compreso quanta acqua è contenuta negli asteroidi.

Il satellite giapponese a infrarossi AKARI, lanciato nel febbraio 2006, è stato dotato della telecamera a infrarossi (IRC) che ha permesso ai ricercatori di ottenere spettri a lunghezze d'onda del vicino infrarosso da due a cinque micrometri. Utilizzando questa funzione unica, sono state effettuate le osservazioni spettroscopiche di 66 asteroidi (figura 1) e sono stati ottenuti i loro spettri nel vicino infrarosso. Ciò fornisce la prima opportunità di studiare le caratteristiche dei minerali idrati negli asteroidi a circa la lunghezza d'onda di 2,7 micrometri.

Le osservazioni hanno rilevato assorbimento, che è stato attribuito a minerali idrati per 17 asteroidi di tipo C (figura 2). asteroidi di tipo C, che appaiono scure alle lunghezze d'onda visibili, erano ritenuti ricchi di acqua e materiale organico, ma le presenti osservazioni con AKARI sono le prime a confermare la presenza di minerali idrati in questi asteroidi. La forza di assorbimento rilevata a circa 2,7 micrometri varia per ogni asteroide, e alcuni mostrano caratteristiche di assorbimento di altre sostanze, come ghiaccio d'acqua e materiale ricco di ammoniaca a circa 3,1 micrometri.

Quando si esaminano gli asteroidi di tipo C in modo più dettagliato, il team di ricerca ha scoperto una chiara relazione tra la lunghezza d'onda dell'assorbimento più profondo e la profondità dell'assorbimento per la caratteristica di 2,7 micrometri (figura 3). Ciò mostra una tendenza osservata nel processo in cui i minerali idratati vengono riscaldati e perdono gradualmente acqua. L'energia per il riscaldamento potrebbe essere fornita dal plasma eolico solare, impatti di micrometeoriti, o il calore di decadimento degli isotopi radioattivi nelle rocce. Questa tendenza era stata prevista dalle misurazioni dei meteoriti, ma questa è la prima volta che è stata confermata negli asteroidi. Molti asteroidi di tipo C mostrano questa tendenza, suggerendo che gli asteroidi di tipo C si siano formati dall'agglomerazione di rocce e ghiaccio d'acqua, poi si è verificata un'alterazione acquosa all'interno degli asteroidi per formare minerali idratati, e infine gli asteroidi di tipo C sono stati riscaldati e disidratati.

D'altra parte, si pensava che gli asteroidi rocciosi di tipo S non contenessero acqua, a differenza degli asteroidi di tipo C. In questo studio, i minerali idrati non sono stati rilevati nella maggior parte dei tipi S, ma è stato recentemente scoperto che ci sono casi eccezionali di alcuni asteroidi che mostrano lievi segni di minerali idratati. I segni di acqua trovati in tali asteroidi di tipo S non sono stati probabilmente generati da alterazioni acquose come nei tipi C, ma sono stati prodotti da collisioni di altri asteroidi idratati, questo è, è l'origine esogena che ha determinato i minerali idratati. Occasionalmente si verificano collisioni di asteroidi. Nella fase iniziale della formazione del sistema solare, un certo numero di piccoli corpi tra cui asteroidi erano più grandi di quelli attuali, e gli eventi collisionali dovevano essere più frequenti. Dal fatto che la Terra avrebbe subito collisioni con molti asteroidi, si immagina che almeno una certa quantità di acqua sulla Terra sia stata portata dagli asteroidi da tali collisioni.

Questo studio ha confermato la presenza di acqua negli asteroidi. Gli spettri degli asteroidi osservati mostrano modelli comuni. Le dimensioni e la distanza dal sole possono essere considerate fattori importanti nelle differenze tra gli spettri. Per comprendere appieno i modelli osservati, è necessario accumulare osservazioni di più asteroidi, oltre a confrontare i risultati con la misurazione dei meteoriti raccolti sulla Terra. Il dottor Usui dice, "Risolvendo questo enigma, possiamo fare un passo significativo verso l'identificazione della fonte dell'acqua terrestre e svelare il segreto di come è iniziata la vita sulla Terra".

AKARI ha completato la sua operazione nel novembre 2011. Per la prossima opportunità di eseguire la spettroscopia a lunghezza d'onda di 2,7 micrometri con un telescopio spaziale, i ricercatori dovranno attendere il lancio del James Webb Space Telescope da parte della NASA, prevista nel 2021.

Attualmente, l'esploratore di asteroidi giapponese Hayabusa2 e l'americano OSIRIS-REx stanno rilevando gli asteroidi Ryugu e Bennu, rispettivamente. Ogni esploratore ha la capacità di effettuare misurazioni nell'intervallo di 2,7 micrometri per cercare la firma dell'acqua. Le osservazioni in situ di asteroidi con veicoli spaziali possono fornire informazioni dettagliate su crateri e topografia, aspetti che i telescopi terrestri e orbitanti non possono rivelare. I risultati attuali aumentano significativamente i valori scientifici dei dati ottenuti dagli esploratori e comprendono in dettaglio le proprietà degli asteroidi Ryugu e Bennu.