Komety to pozostałości po formowaniu się Układu Słonecznego. Są więc najbardziej pierwotnym materiałem dostępnym do badań, kluczowym w wyjaśnieniu m.in. takich problemów jak pochodzenie wody na Ziemi i ewolucja naszego układu planetarnego. Oszacowanie stosunku izotopowego deuteru do wodoru (D/H) w wodzie sublimującej z jąder komet stanowi chemiczny “znak pocztowy” regionu, w którym powstał badany lód wodny. Porównując te wartości z deuteryzacją wody w ziemskich oceanach (D/H= 1,5576×10−4 , Vienna Standard Mean Ocean Water – VSMOW), zyskujemy wgląd w przeszłość naszej planety. Niestety, ze względu na obiektywne trudności badawcze, problem wciąż pozostaje otwarty pomimo około 4 dekad prób. Ze względu na trudności w zmierzeniu linii widmowych wody zdeuteryzowanej, stosunek D/H uzyskano do tej pory tylko dla 12 komet, spośród których obserwacje naziemne były możliwe dla najjaśniejszych obiektów (widocznych gołym okiem). I tylko dla dwóch z nich stosunek D/H jest znany z bezpośrednich pomiarów produktów fotodysocjacji tzw. ciężkiej wody (HDO). Pomimo wykorzystania najpotężniejszych dostępnych instrumentów, w wielu przypadkach pomiary te nie są wolne od niespójności lub znaczących błędów.
Rysunek 1 podsumowuje dotychczasowe postępy w badaniu zawartości deuteru w wodzie kometarnej. Wysiłki te zostały zapoczątkowane przez europejską sondę kosmiczną Giotto, której celem była kometa Halleya w czasie jej ostatniego powrotu. Sonda została wyposażona w dwa instrumenty zdolne do pomiaru stosunku D/H na dwa różne sposoby, za pomocą spektrometrów Ion Mass Spectrometer (IMS) i Neutral Mass Spectrometer (NMS). Początkowo uznano, że oba pomiary dają zgodny w granicach błędów stosunek D/H ∼3×10−4, jednak w 2012, po ponownym przeanalizowaniu danych, wartość D/H uzyskaną za pomocą NMS skorygowano na 2,1×10−4, wprawdzie bliższą tej z ziemskich oceanów, jednak niemieszczącą się w granicach błędów z niezależnym pomiarem z IMS.
Później w XX wieku pojawiły się dwie rzadkie okazje do obserwacji niezwykle jasnych komet, C/1996 B2 (Hyakutake) i C/1995 O1 (Hale-Bopp), umożliwiając pierwsze pomiary kometarnego HDO z urządzeń na Ziemi. Z linii 464,925 GHz obserwowanej przez Caltech Submillimeter Observatory i James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) uzyskano kolejne dwie wartości D/H, pozostające w zgodzie z oryginalnymi wartościami z sondy Giotto.
W przypadku dwóch innych komet: C/2002 T7 (LINEAR) i C/2001 Q4 (NEAT), podjęto próbę uzyskania stosunku D/H poprzez obserwację produktów fotodysocjacji wody. W tym podejściu D/H określa się na podstawie tempa produkcji OH i OD oraz H i D. Na długości fali 310 nm zmierzono pasma OH za pomocą VLT UVES w komecie z Obłoku Oorta C/2002 T7 (LINEAR). Co prawda nie wykryto żadnej pojedynczej linii OD, ale marginalna detekcja 3σ OD została uzyskana poprzez dodanie sygnałów od najjaśniejszych linii, co dało wartość OD/OH (2.5±0.7)×10−4. W 2004 roku za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a stosunek D/H został zmierzony bezpośrednio za pomocą emisji atomowego deuteru i atomowego protu w linii Lyman-α z komety C/2001 Q4 (NEAT), przy użyciu spektrografu Space Telescope Imaging Spectrograph. W wyniku uzyskano rekordowy w tamtym czasie stosunek D/H w komecie. Kolejna stosunkowo duża deuteryzacja, ale zgodna z poprzednimi wartościami, została uzyskana dla okresowej komety 8P/Tuttle, która prawdopodobnie w przeszłości należała do Obłoku Oorta. Uzyskano D/H=(4.09±1.45)×10−4 z przejść HDO na linii 3.7 μm, używając spektrografu CRIRES (Cryogenic Infrared Echelle Spectrograph) na VLT.
Wyznaczenie D/H w komecie rodziny Jowisza 103P/Hartley 2 dało wynik bliski wodzie z ziemskich oceanów: 1.61×10−4 uzyskany dzięki obserwacjom przejścia molekuły HDO na 509.292 GHz przy użyciu Heterodyne Instrument for the Far-Infrared (HIFI) na pokładzie teleskopu kosmicznego Herschela. Podobne pomiary zostały uzyskane w przypadku komety Obłoku Oorta C/2009 P1 (Garradd). Użycie tego samego instrumentu potwierdza znaczącą różnicę w składzie izotopowym wody w komecie z Obłoku Oorta i w obiekcie z Pasa Kuipera (chociaż 103P jest obecnie kometą krótkookresową, uważa się, że pochodzi z populacji komet powstałych w Pasie Kuipera). Ponadto należy wspomnieć, że detekcje Herschela wymagają porównania emisji ciężkiej wody i rzadkiego wariantu izotopowego wody, H218O, aby uzyskać wiarygodny wynik pomimo dużej grubości optycznej podstawowego izotopu wody (dlatego należało przyjąć stosunek H218O/H2O).
Po zakończeniu misji teleskopu Herschela w 2013 roku, dostępne instrumenty ograniczyły możliwości detekcji kometarnego deuteru tylko do najbardziej aktywnych komet. Paganini et al. (2017) i Biver et al. (2016) dostarczyli dwa niezależne naziemne pomiary D/H w komecie C/2014 Q2 (Lovejoy), różniące się nie tylko momentem obserwacji, ale także zastosowaną metodą pomiarów. Pomiary Paganiniego polegały na jednoczesnym pomiarze H2O i HDO w podczerwieni w 10-metrowym teleskopie Kecka. Z kolei Biver wykorzystał obserwacje radiowe/sub-mm linii HDO na 241,561 GHz z 30-metrowego radioteleskopu IRAM i dwóch izotopów wody: linii H216O na 556,936 GHz i linii H218O na 547,676 GHz przez 1,1-metrowego satelitę Odin, uzyskane tydzień później, ponieważ IRAM nie może wykryć H2O. Zgodność pomiarów wykonanych obiema metodami nie jest jednoznaczna: D/H z Kecka jest prawie 2 razy większe niż wartość w ziemskich oceanach (1,94±0,56 VSMOW), podczas gdy pomiary radiowe dawały stosunek zgodny z ziemską wodą (0,89±0,25 VSMOW). Co więcej, Biver zaraportował o kolejnym pomiarze D/H w komecie z Obłoku Oorta, C/2012 F6 (Lemmon), przekraczający ponad 4 VSMOW, co stanowi najwyższą wartość, jaką kiedykolwiek zarejestrowano, mimo że detekcja HDO była na marginalnym poziomie 4σ. Tak duże rozbieżności mogą wynikać z błędów systematycznych powstałych na skutek zbierania danych o różnych izotopach wody nie przez jeden, lecz wiele różniących się od siebie instrumentów.
W 2018 r., dzięki bliskiemu powrotowi komety z rodziny Jowisza 46P/Wirtanen, wykorzystano lotnicze obserwatorium SOFIA do detekcji emisji H218O i HDO na częstotliwościach 547 i 509 GHz, choć wymagało to założeń podobnych do tych z Herschela. Uzyskane D/H=(1.61±0.65)×10−4 wykazuje podobieństwo do VSMOW i doprowadziło D. Lisa do wniosku o możliwym związku powierzchni aktywnej komety ze składem izotopowym wody.
Do tej pory najdokładniejsze pomiary izotopowe uzyskano dla komety 67P/Churyumov-Gerasimenko, dzięki pracy sondy kosmicznej Rosetta. Oprócz stosunku D/H=(5,01±0,41)×10−4 dla wody, zmierzono poziom deuteryzacji kilku innych cząsteczek, w tym liniowych alkanów (metanu, etanu, propanu, butanu) i metanolu, ale także H2S i NH3. Były to pierwsze detekcje zdeuteryzowanych izotopów innych niż woda od czasu wyjątkowego wykrycia DCN w C/1995 O1 (Hale-Bopp), jednej z najjaśniejszych komet ostatnich lat.
Podsumowując, problem pochodzenia wody na Ziemi wciąż pozostaje nierozstrzygnięty, co najmniej z kilku powodów. Po pierwsze, stosunek D/H wyznaczono zaledwie dla kilku komet, posługując się różnymi metodami. Po drugie, część z tych pomiarów jest obarczona błędami systematycznymi, co uniemożliwia wiarygodne porównanie z wartością ziemską. Problemy, z jakimi mierzą się astronomie w ciągu ~40 lat badań D/H wskazują na pilną potrzebę skonstruowania dedykowanego instrumentu pozwalającego na jednoczesne wykrycie emisji od lżejszego i cięższego wariantu izotopowego wody w tym samym czasie.