地球上一半的水在太陽誕生前就已形成

丹尼爾·克萊里

對尋找外星生命的人來說這是個好消息：行星上水的分布比此前想象的更廣。一

個研究太陽系水的起源的團隊推斷，目前太陽系所擁有的水，有一半出現于太陽系誕生之前。也就是說，在形成太陽系的塵云中，儲存了目前太陽系一半的水。如果水能在這樣的塵云中形成，也許宇宙很多地方都可以找到水。

除地球外，我們在月球、火星、水星、彗星以及巨大行星的冰冷衛星上都發現了水。（詳見本刊2014年第2期《潮濕的太陽系》）但水是哪里來的呢？我們知道，水形成于星際介質的氣塵云中，恒星系就是星際介質結合而成，但是當新誕生的恒星開始發出光和熱的時候，水是不是被破壞了？還是此后水又重生了呢？或者說是不是原生的水在星球形成時幸存了下來并保留至今呢？

為了回答這些問題，密歇根大學安阿伯分校的天文學家L.伊西多爾·克里維斯領銜的一個團隊集中研究了氘元素，氘是一種在宇宙大爆炸中與普通氫元素同時產生的重氫。宇宙中氫原子與氘原子之比為1000000∶26，但在地球和其他太陽系天體上的水中，氘的存量是氫的6倍。科學家認為，當水形成時，形成富含氘元素的“重水”的反應要比形成普通水的反應稍快些，因而增加了水中氘的比例。

這種富含氘的水只有在特定條件下才會產生，即非常低的溫度（只有絕對零度以上幾十攝氏度）加上反應所需的氧和某種電離輻射。星際介質中擁有這些條件，那里的電離輻射是宇宙射線，是來自遠空的顆粒高速劃過太空形成的。天文學家觀察到，星際介質中的水富含氘，那可能就是太陽系中水的來源。

然而，還有一個問題，星際水是否能躲過太陽誕生時的劇烈變化。為了弄清這一點，克里維斯和他的同事開始研究太陽形成后在孕育行星的氣塵原行星盤中是否還有同樣的水形成反應。就像星際介質一樣，氣塵原行星盤中有低溫和氧氣，但是否有足夠的電離輻射呢？

克里維斯團隊建造了一個精細的模型， 模擬原行星盤內產生水的化學過程。多數宇宙射線都被新星的磁場及其釋放的顆粒阻斷了，但是新恒星的X 射線和原行星盤的短壽放射性核素成了新的輻射源。研究者在《科學》雜志網絡版上發表報告稱，這些放射源生產重水的速度特別慢?？死锞S斯說：“在這種條件下，1000000年也產生不了多少重水。”

因此，克里維斯團隊估計，現在地球上大約50%的水早在45億年前太陽誕生時就已經存在了。星際介質中的環境要比原行星盤的環境穩定得多，因此很有可能到處都有水在等待行星的形成。克里維斯說：“我們發現的行星系數量不斷增加，使我們再次確定了水在宇宙中普遍存在的可能性。”

美國航空航天局噴氣推進實驗室的天體物理學家凱倫·維拉西說：“這是一個非常有趣的結果。多年來我們一直在爭論冰是不是星際遺產。其他研究組試圖模擬星際介質中的云形成行星系的過程，以弄清冰能否躲避星系形成過程而繼續存在，但是結果不盡一致。這個方法卻簡捷得多，只使用了大家熟悉的化學方法?！?/p>