Коротко — надёжный вывод требует комплексного, мультипрокси подхода: изотопный анализ (не только $D/H$), сечений летящих тел и протопланетного диска, и динамических моделей, согласованных с количественными масс-балансами. Ниже — конкретные методы и наблюдения, которые дают решающие доказательства, и какие наблюдения могли бы окончательно решить вопрос в ближайшие $10-20\mathrm{лет}$.
Что и почему измерять (методы)
- Водородный изотоп ($D/H$) в воде: высокоточная масс- и спектрометрия (IRMS, NanoSIMS, RIMS; дистанционная спектроскопия HDO/H2O с ALMA, JWST и ЭЛТ). Земной стандарт: $D/{\mathrm{H}}_{\mathrm{VSMOW}}\approx 1.558\times 10^{-4}$; протосолярное значение $\sim 2\times 10^{-5}$. Сопоставление классов: карбонатные хондриты $D/H\sim (1-2)\times 10^{-4}$, кометы — широкая вариативность, от $\sim 1.6\times 10^{-4}$ (некоторые JFC) до $\sim (2-6)\times 10^{-4}$ (Оорт).
- Многоизотопные «отпечатки»: кислород (${}^{17}O{/}^{16}O,{}^{18}O{/}^{16}O$), азот (${}^{15}N{/}^{14}N$), благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe) и их изотопы. Комбинация позволяет различать источник (хондриты vs кометы vs внутренний диск) и выявлять смешение/дробление.
- Клатчевые/спаренные изотопы и матричная текстура: анализ гидратированных минералов и включений (melt inclusions) для оценки состояния воды при аккреции и сохранения при ударах.
- Массовый баланс воды: оценка запасов — океанная масса $\sim 1.39\times 10^{21}\mathrm{kg}$, потенциальный запас мантии (порядок $1-10$ океанских масс) — и сравнение с возможным вкладом падающих тел по динамическим моделям.
- Динамика и численные симуляции: N-body и гидродинамические модели (Grand Tack, Nice, pebble accretion) с учётом переноса и удержания воды при больших столкновениях и миграции снеговой линии.
- Хронология: радионуклидные сигнатуры (${}^{26}Al$, ${}^{182}Hf{/}^{182}W$ и др.) для времени аккреции водоносных тел.
Какие комбинации дадут надёжный ответ
- Совместное применение изотопных «отпечатков» (D/H + O + N + благородные газы) с масс‑балансом и динамикой: одиночный параметр (только $D/H$) даёт неоднозначный результат; мультипараметрическая сопоставимость позволяет отличить смешение источников.
- Сопоставление изотопов в керновых образцах мантии (плазмы/инклюзии), океане и падающих телах — сравнительный анализ внутреннего и внешнего резервуаров Земли.
Ключевые наблюдения/миссии, которые могли бы «окончательно» решить вопрос в ближайшие $10-20\mathrm{лет}$ - Массовые статистические измерения $D/H$ и других изотопов в большом наборе комет разных динамических классов (Jupiter‑family, Oort‑cloud) с ALMA, JWST, ЭЛТ — чтобы узнать распределение и фракционирование, не опираясь на единичные аномалии.
- Возвращённые образцы ядра кометы (sample return) с анализом воды и благородных газов в земных лабораториях (высокое разрешение, малые концентрации). Эта миссия решает проблему контаминации и точности изотопов у комет.
- Широкая программа возвратов и детальных анализов образцов C‑типных астероидов (продолжение Hayabusa2/OSIRIS‑REx и новые миссии) — точные измерения воды в гидратированных минералах и сравнение с океанским изотопным составом.
- In situ/returned анализ глубокомантийных водных включений (мантия): высокий приоритет — улучшенные методы выделения и анализа воды из инклюзий в перидотитах/пироксенах (для оценки первичного мантийного $D/H$).
- Комбинированные наблюдения протопланетных дисков (ALMA + JWST + будущие FIR/THz миссии) — карта распределения воды и $D/H$ по радиусу диска, изучение наследственности vs переработки в диске (grain-surface chemistry vs gas-phase). Если внутренняя часть диска показывает D‑бедную воду по массе, это сильный аргумент в пользу внешней доставки.
- Динамические ограничения: улучшенная популяционная статистика малых тел, полномасштабные N‑body/гидродинамические симуляции с включённой химией и тепловой эволюцией; моделирование удержания воды при гигантских ударах.
- Детальные измерения благородных газов и Xe‑изотопов в мантийных и атмосферных компонентах (включая прецизионные измерения в вулканических газах) — дают след происхождения и времени добавления летучих.
Что будет решающим
- Если многие кометы (статистически значимое число) покажут изотопные наборы, совпадающие с Землёй во всех ключевых системах (H, O, N, Xe), — сильный аргумент за кометную долю.
- Если карбонатные/хондритные материалы совпадают по всем прокси с земной водой и по количеству/доставке модели объясняют массу воды — сильный аргумент за астероидный (хондритный) вклад.
- Если протопланетный диск вокруг солнцеподобной звезды на ранних этапах содержит достаточную массу внутренней воды с isotopic signatures, совместимой с земной (и модели аккрец. показывают удержание при ранних этапах), — аргумент в пользу первичного дискового происхождения.
Краткое резюме
- Нужна мультипараметрическая сеть наблюдений: $D/H$ + O + N + благородные газы + динамика + хронология.
- Решение требует: (i) статистики изотопов комет и астероидов; (ii) возвращённых проб комет; (iii) точных измерений мантии; (iv) картирования воды и $D/H$ в протопланетных дисках; (v) согласованных глобальных динамических моделей.
- Выполнение перечисленного в ближайшие $10-20\mathrm{лет}$ вполне способно дать окончательный ответ или, как минимум, свести неопределённость до уровня, где один сценарий будет доминировать.