Jelenleg is folyamatban van egy űrkutatási projekt, amelynek keretében egy űrszonda tart a Földről az Európéhoz, a Jupiter jéggel borított holdjához, amelyről úgy gondolják a szakértők, hogy olyan globális óceánt rejt, amely sok szempontból hasonlít a miénkhez. A projekt jól illeszkedik az űrkutatási trendekhez, amelyeket évtizedek óta a víz keresése dominál, mivel amennyire tudjuk, a víz elengedhetetlen az élethez. Ennek fényében meglepő lehet az a tény, hogy a szakértők a mai napig nem tudják, hogyan került a víz a saját bolygónkra.

Évekig az volt a legelterjedtebb elmélet, hogy a víz üstökösökön érkezett bolygónkra. Ezek a fagyott anyagból álló, Nap körül keringő, gyakran látványos csóvával rendelkező objektumok a Naprendszer hajnalán keletkeztek, és valószínűleg valóban hoztak magukkal vizet, amikor az ősi Földre hullottak. Az utóbbi években azonban több űreszköz is közelről vizsgált üstökösöket, és úgy találták, hogy az azokon található víz kémiailag nem egyezik a miénkkel.

Ezt követően az üstökösök kissé háttérbe szorultak, mondta Ashley King, a londoni Természettudományi Múzeum meteorkutatója. Ezután az aszteroidák – amelyek kövesebbek és fémben gazdagabbak, mint az üstökösök – váltak a legnépszerűbb vélhető vízforrássá. Aszteroidák sokkal gyakrabban csapódnak be a Földbe, mint üstökösök, és vízkészleteik (bár nem olyan hatalmasak, mint az üstökösökéi) sokkal inkább hasonlítanak a bolygónkon találhatókra.

De az aszteroidákkal is akadnak problémák, és közben egy radikálisan új elképzelés egyre nagyobb teret nyert a víz eredetével kapcsolatban. Más csillagok körül keringő planéták gondos megfigyelése, valamint laboratóriumi kísérletek révén a szakértők rájöttek, hogy a Földhöz hasonló kőzetbolygóknak megvan a „módszerük” arra, hogy teljesen önállóan állítsanak elő vizet.

Üstökösök és aszteroidák

A Föld körülbelül 4,54 milliárd évvel ezelőtt alakult ki. Bár legkorábbi korszakának nagy része elveszett a történelem süllyesztőjében a kezdeti pokoli körülmények miatt, az alapvető tényekben egyetértenek a szakértők: kezdetben egy főként olvadt kőzetekből álló gömb volt a bolygó. Aztán később kék márványgömb lett. De hogyan?

Az üstökösök kezdetben meggyőző válasznak tűntek. A Neptunuszon túlról, a Kuiper-övből, vagy még messzebbről, az Oort-felhőből származó fagyos objektumok időről időre kibillennek pályájukról, és a beljebb keverednek a Naprendszerben. És amikor egy üstökös elég közel halad el a Naphoz, jege és fagyott gázai gőzzé alakulnak, olyan csóvát hozva létre, amely több százmillió kilométerre is nyúlhat.

A kutatók úgy gondolták, hogy a múltban ilyen üstökösök csapódhattak be a Földbe, és ezek biztosíthatták a vizet. De senki sem tudta bizonyítani, hogy a kométák a földihez hasonló vizet tartalmaznak – egészen az 1980-as évekig, amikor az Európai Űrügynökség (ESA) úgy döntött, hogy ellenőrzi ezt. A Giotto nevű mélyűri küldetés igazán ambiciózus volt: ez volt az első űreszköz, amely közelről megvizsgált meg egy jeges üstökösmagot.

A Giotto 1986-ban érte utol a Halley-üstököst, amely körülbelül 76 évente keresztezi a Föld pályáját. A szondának sikerült drámai képeket küldenie a Földre az üstökös magjáról, valamint méréseket a körülötte lévő anyagfelhőről. Ami leginkább felkeltette a kutatók érdeklődését, az a Giotto által mért úgynevezett D/H-arány volt. A Földön található víz szinte teljes egészében két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll. De léteznek a víznek más formái is, köztük a nehézvíz, amely egy oxigénatomból és két nehezebb hidrogénből, deutériumból tevődik össze.

Ha az óceánok kialakulásáért a üstökösök felelősek, akkor elvárható lett volna, hogy a Halley-üstökösön található víz deutérium-hidrogén aránya hasonló legyen a Földön található vízéhez.

Az 1990-es és 2000-es években további problémák merültek fel az üstökös-elmélettel kapcsolatban, amikor más üstökösök, például a Hale–Bopp spektroszkópos megfigyelései szintén nehézvízre utaló bizonyítékokat tártak fel. A végső csapás 2014-ben érkezett, amikor az ESA Rosetta űrszondája pályára állt a 67P/Csurjumov–Geraszimenko-üstökös körül, és egy leszállóegységet is küldött a felszínére. A Rosetta a mai napig a legpontosabb méréseket végezte el egy üstökös összetételéről – és megállapította, hogy ez mutatta a legmagasabb deutérium-koncentrációt az összes vizsgált üstökös közül.

Ezután felmerült, hogy ha a Föld vize nem üstökösöktől származik, akkor talán aszteroidáktól. Ezek a sziklás objektumok többnyire a Mars és a Jupiter között keringenek, és folyamatosan becsapódnak bolygónkba meteoritok formájában, bár anyaguk nagy része elég a légkörben, vagy az óceánba csapódik. A kutatók több tízezer meteoritot gyűjtöttek össze, és megállapították, hogy egy bizonyos csoportban található vízmolekulák nagyon hasonlítanak a mi bolygónkon találhatókra. Egy meteorról pedig, amely 2021-ben csapódott be egy csendes brit város, Winchcombe területén, igazolták, hogy D/H-aránya szinte tökéletesen megegyezik a Föld óceánjait jellemzővel.

A meteorok azonban szennyeződhetnek a légkörbe merülésük és becsapódásuk során. Ezért a kutatók űreszközöket küldtek az aszteroidákhoz is, és anyagokat gyűjtöttek ezek elemzése céljából. Bizonyos esetekben azt találták, hogy az űrben mozgó aszteroidák is a földihez hasonló vizet tartalmaznak. Egy 2023-ban publikált tanulmány feltárta, hogy a Ryugu aszteroidáról származó víz, amelyet a japán űrügynökség 2018-ban látogatott meg, D/H-aránya hasonló a Földön található víz többségéhez. A Föld vízének eredetét illetően a tudományos közösség manapság inkább az aszteroidákat részesíti előnyben a üstökösökkel szemben.

Ugyanakkor az aszteroidák D/H-aránya nem adott végleges választ a földi víz eredetére. Ezek az űrsziklák kis mennyiségben tartalmaznak nemesgázokat is, mint az argon, a kripton és a xenon, és a szakértők megállapították, hogy ezek a keverékek általában nem felelnek meg annak, amit bolygónkon találunk. Ezen felül az üstökösökön és aszteroidákon alapuló elméletekkel ugyanaz az alapvető probléma: mindkét típusú objektum csak szerencsével lehetett képes a bolygónak óceánokat biztosítani. Rövid időn belül sok-sok aszteroidának vagy üstökösnek kellett volna becsapódnia a Földbe a szuperforró magmaóceán fázisát követően, hogy létrehozza azt a vízzel borított világot, amelyen ma élünk. Ezt a múltban magától értetődőnek vették, de ennek a késői bombázásnak a létezése ma már heves viták tárgyát képezi a tudományos közösségben.

Hidrogén és magma

Amikor a csillagászok exobolygókat – a Naprendszerünkön kívüli planétákat – vizsgálnak, sokféle légkört látnak. De amikor szimulálják a bolygók kialakulásának módjait, azt látják, hogy sokuk kezdetben tele lehetett hidrogénnel. Lehet, hogy a Föld kialakulásának kezdeti évei is hasonlóak voltak?

A szakértők korábban azt hitték, hogy a korai Földön alig volt hidrogén. Erre a következtetésre jutottak azon meteoritok vizsgálata után, amelyek kémiai összetétele gyanúsan hasonlít a Földéhez. E hasonlóság miatt a kutatók úgy gondolták, hogy mindkét anyag valószínűleg ugyanúgy alakult ki. És mivel ezek a meteoritok nem tartalmaztak hidrogént, ezért a szakértők azt hitték, hogy ugyanez igaz bolygónkra is.

A Föld magmaóceánja tele volt oxigénnel. Egy 2023-ban megjelent tanulmányban három szakértő felvetette, mi történhetne, ha a bolygó légkörében lévő hidrogén és a magmában lévő oxigén valahogy keveredett volna. A hidrogén nem kötődik spontán az oxigénhez, így nem éppen a legalkalmasabb kémiai partnernek. A kutatók mégis arra a következtetésre jutottak, hogy egy ilyen folyamat lehetővé tenné egy bolygó számára, hogy saját vizet állítson elő; csak abban nem voltak biztosak, hogy mennyit.

Két évvel később egy ambiciózus kísérletsorozat nyújtott segítséget nekik a jobb becslésben, amelyet Harrison Horn, a Lawrence Livermore Nemzeti Laboratórium fizikusa; S.-H. Dan Shim, az Arizonai Állami Egyetem geofizikusa; és mások állítottak végeztek el.

A szakértők többek között azt akarták megtudni, hogy a Neptunusznál kisebb, a Föld átmérőjének kétszeresétől négyszereséig terjedő, gyakori exobolygók hogyan rendelkezhetnek vízben gazdag légkörrel – amint azt a teleszkópos megfigyelések sugallják –, még akkor is, ha forró anyacsillagukhoz közel keringenek. Elég lehet-e ehhez a hidrogénlégkör és a magmaóceán közötti reakció? Gyanították, hogy igen, de csak akkor, ha a hatalmas mennyiségű hidrogén elegendő nyomást gyakorol a magmára. „Ez a magasabb nyomás nagyban hozzájárul a víztermeléshez, valójában fokozza a kémiai reakciókat” – mondja Horn.

Ehhez a rendkívül gyúlékony hidrogént intenzív nyomás alá kellett helyezniük úgynevezett gyémántüllők segítségével, majd ezt lézerrel megolvasztott kőzetmintákkal kellett kombinálniuk. Öt évbe telt, mire kifejlesztették a kísérletek biztonságos és hatékony elvégzéséhez szükséges technikákat. „Sok gyémántot tönkretettünk. Izgalmas utazás volt” – mondja Shim.

A kutatók abban reménykedtek, hogy a hidrogén és az oxigén reakcióba lép, és vizet képez. És pontosan ez történt, méghozzá extrém mértékben: a nagynyomású hidrogén és a lézerrel megolvasztott kőzet reakciója olyan hatékony volt, hogy a szakértők előrejelzéseinek 1000-szeresét meghaladó mennyiségű vizet eredményezett. (Egy második laboratóriumi vizsgálaton alapuló tanulmány, amelyet körülbelül ugyanekkor tettek közzé, szintén hasonló eredményekről számolt be.) „Nem tűnik észszerűtlennek, hogy elég gyorsan hatalmas mennyiségű vizet lehet így előállítani” – mondja Paul Byrne, a Washington Egyetem bolygókutatója.

De akkor ez azt jelenti, hogy a Föld tényleg saját maga hozta létre az óceánjait? Itt kezdődnek a dolgok kissé zavarosabbá válni. A tanulmány nem fogalmaz meg határozott állításokat a Földdel kapcsolatban, de ez a szcenárió Horn és Shim szerint is abszolút lehetséges.

Más szakértők is egyetértenek abban, hogy bizonyos mennyiségű víz keletkezhetett a Földön – de talán közel sem elég ahhoz, hogy óceánokat hozzon létre. „Azt mondanám, hogy minden bizonnyal lehetséges, hogy a korai időkben a hidrogénnel való reakció révén keletkezett némi víz. Hogy mennyi, az azonban meglehetősen rejtélyes” – mondja Quentin Williams, a Santa Cruz-i Egyetem kísérleti geofizikusa.

Az alapprobléma az, hogy senki sem tudja, volt-e elegendő hidrogén a Föld korai légkörében ahhoz, hogy létrejöjjön a reakcióhoz szükséges nyomás. A szubneptunuszok sokkal nagyobb tömegűek, mint a Föld, és erős gravitációjuk jobban visszatartja a hidrogént. „A Föld éppen azon a határon van, ahol ilyen folyamatok megkezdődhetnek” – mondja Horn.

Egyes kutatók nem hiszik, hogy a Földnek lett volna elég tömege ahhoz, hogy nagy mennyiségben állítson elő saját vizet. „Kicsit kétlem, hogy ez lehetséges lenne egy Földhöz hasonló tömegű bolygón” – mondja Anders Johansen, a Koppenhágai Egyetem és a Lund Egyetem asztrofizikusa. Byrne szerint viszont a szubneptunuszokkal kapcsolatos kutatások arra utalnak, hogy a reakciónak nem kell sokáig tartania ahhoz, hogy hatalmas mennyiségű vizet eredményezzen. Lehet, hogy a Föld csak egy pillanatig volt vízgyár, de ez a pillanat elég lehetett az óceánok kialakulásához.

Ha ez a helyzet, akkor a következmények messze túlmutatnak a saját Naprendszerünkön. Talán számtalan bolygó felel meg annak a feltételnek, amely az élet kialakulásához szükséges lehet, mert – ahogy Byrne mondta – „vízben gazdagon születnek”.

A lehetőségek tengere

Lehetséges tehát, hogy a Föld vízének legalább egy része a bolygón zajló folyamatokból származik. De ez még nem a történet vége: az üstökösök ugyanis időközben ismét visszatértek a képbe. Mire a Rosetta 2014-ben találkozott a játékkacsa alakú 67P/Csurjumov–Geraszimenko-üstökössel, a kutatók már 11 másik üstökös vizét tanulmányozták. Mindegyiknek a Földétől eltérő D/H-aránya volt – kivéve egyet. 2011-ben az ESA Herschel Űrobszervatóriuma megállapította, hogy a Hartley 2 nevű üstökösön található víz a Földre jellemző tulajdonságokkal rendelkezik.

A megfigyelés rendellenesnek tűnt. Aztán egy 2024-ben publikált vizsgálatban a szakértők újra megvizsgálták a Rosetta üstököséről készített elemzést – és megállapították, hogy az űr talán „meghamisíthatta” az adatokat. A mintavétel idején a Rosetta olyan poron repült át, amely nehézvizet tartalmazott. A jégből álló üstököstest maga, amelyet ez a por vett körül, alapvetően meglehetősen hasonlított a földi jéghez. Majd egy 2025-ben publikált cikkben a 12P/Pons–Brooks-üstökös megfigyelései kapcsán is a Föld óceánjaira jellemző D/H-arányt észleltek.

A kutatók egy része most már úgy véli, hogy mindhárom folyamat hozzájárulhatott az eredményhez, de hogy pontosan mi történt, azt talán soha nem fogjuk megtudni. Ami nem jelenti azt, hogy a szakértők feladták, hogy megválaszolják ezt a kérdést, amely a Föld múltján túl saját létezésünk egyik legalapvetőbb rejtélye is.