地球上的水，來自外太空？

圖片來源：Pxhere

我們每天都離不開的水，大概已經(jīng)有45億年的歷史了。水，這種維持了地球生命的物質(zhì)，與地球本身一樣古老。

天體物理學(xué)家并不完全清楚地球上的水來自哪里，但有間接的證據(jù)表明，在地球的“嬰兒時(shí)期”，一些含水隕石可能撞擊了地球。富含水的隕石把地球變成了一個(gè)獨(dú)特的潮濕世界。

從另外的角度看，盡管我們的星球被覆蓋了約14億立方千米的水，但它仍比人們想象的要干燥。法國(guó)波爾多天體物理實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家肖恩.N.雷蒙德（SeanN.Raymond）將地球與餅干進(jìn)行了比較，地球的水含量可能只有0.023%，而餅干的水含量約為2%。

不過，今天的地球仍然比地球剛誕生時(shí)的水分要多得多。

干燥的起源

太陽系剛開始形成的時(shí)候，所有的行星都非常熱，無法容納水。“地球和火星應(yīng)該非常干燥，”中佛羅里達(dá)大學(xué)的小行星專家溫貝托·坎平斯說，“因?yàn)樗鼈兾挥谔栂档膬鼋Y(jié)線中。”

46億年前，當(dāng)太陽從坍塌的氣體和塵埃云中凝聚出來時(shí)，它的巨大熱量形成了一個(gè)邊界，稱之為凍結(jié)線。在凍結(jié)線外面，空間足夠涼爽，冰粒可以凝固。因此，離太陽較遠(yuǎn)的木星和土星有海洋衛(wèi)星；而地球和其他內(nèi)行星只有干燥的巖石和殘留的致密金屬。

直到幾百萬年后，一些特殊事件把水帶到了地球上。天文學(xué)家已經(jīng)探索了幾種可能的情況。

月球表面的隕石坑表明，太陽系的凍結(jié)線不斷受到太空巖石的撞擊，包括一場(chǎng)被稱為“晚期大轟炸”的特別猛烈的隕石陣雨。一些專家認(rèn)為，這些隕石風(fēng)暴，即墜落到地球上的小行星碎片，就像是來自太空的水氣球。

另外，科學(xué)家猜想，給地球送水的也許還有其他家伙。例如：來自太陽星云的氣體將氫溶解到了地球的巖漿層中。

元素匹配

宇宙中最常見的氫形式，是一個(gè)電子環(huán)繞著一個(gè)質(zhì)子，但還有一個(gè)稍微不同的版本，叫做氘，質(zhì)子和中子被壓縮在氘的中心。天文學(xué)家測(cè)量了地球水中氘與普通氫的比例，并在太陽系周圍的其他天體中尋找類似的“氘-氫比”。

一顆年輕的恒星和周圍的凍結(jié)線，水集中在冰雪皚皚的外緣圖片來源：A.Angelich （Nrao/Aui／Nsf）／Alma（Eso/Naoj／Nrao）

事實(shí)證明，碳質(zhì)球粒隕石（一種隕石）和地球的氘-氫比很相似。如果把我們的太陽系想象成一個(gè)古老的建筑工地，那么球粒隕石就是繁多的瓦礫。它們來自小行星帶的外部，可能形成在凍結(jié)線更潮濕一側(cè)。科學(xué)家估計(jì)，大約一噸富含冰和水礦物質(zhì)的碳質(zhì)太空隕石可以向地球輸送50至100公斤的水，木星和土星在初期迅速膨脹的時(shí)候，將這些隕石甩到了太陽系的內(nèi)行星，包括地球。

隕石含有大量有機(jī)物質(zhì)，如碳和其他與生命相關(guān)的分子。它們還含有揮發(fā)性物質(zhì)，如太陽系早期的水、鋅和氫。地球上可以找到這些物質(zhì)，但仍然有一些地球上的揮發(fā)性物質(zhì)隕石中并沒有。“碳質(zhì)球粒隕石給地球帶來了水，但并沒有給地球帶來惰性氣體，”坎平斯說，一定還有其他“外星來客”給地球送來了禮物。

巧合的是，歐洲航天局的羅塞塔探測(cè)器和菲萊著陸器對(duì)彗星67P進(jìn)行了仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)其含有大量的惰性氣體。

于是有了一個(gè)猜想：一群太空天體帶著惰性氣體、水和其他物質(zhì)撞擊了地球。坎平斯說：“大部分水也許是由小行星撞擊產(chǎn)生的，而大部分惰性氣體可能是由彗星產(chǎn)生的。但我認(rèn)為，自然界比這更復(fù)雜一些，可能這兩者出現(xiàn)的時(shí)間并不相同。”

相反的例子很快就出現(xiàn)了，最新的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，一種不同的太空巖石才可能是地球水的來源，這種巖石來自離地球更近的地方。

地球附近的隕石

非碳質(zhì)隕石的成分與地球最初的組成成分相似。由于它們形成于內(nèi)太陽系——小行星帶的地球這一側(cè)，天文學(xué)家將它們歸類為“非碳質(zhì)”。雖然它們不像遙遠(yuǎn)的小行星那樣含有大量的水，但它們也能帶來一些沖擊力。2020年發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇論文得出結(jié)論，過去的天體物理學(xué)模型大大低估了小行星中的氫含量，使“地球附近的隕石是干的”這一舊觀點(diǎn)不攻自破。這些隕石的氘-氫比也很符合。

內(nèi)太陽系的隕石

歐洲天文學(xué)家小組利用美國(guó)宇航局唐姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的一顆小行星 圖片來源：歐洲航天局／韋伯

歐洲航天局的羅塞塔號(hào)航天器在第一次執(zhí)行彗星著陸任務(wù)時(shí)記錄的彗星67p圖片來源：歐洲航天局

內(nèi)太陽系的隕石圖片來源：Pxhere

分析還表明：來自內(nèi)太陽系的隕石碎片將一種鋅帶到了火星。如果鋅存在于這些隕石中，那么它們很可能攜帶了其他揮發(fā)性物質(zhì)，特別是水。火星曾有過液態(tài)水，冰蓋下可能還潛藏著一些液態(tài)水。

如果太空隕石把水帶到了火星，那么它們會(huì)不會(huì)在其他地方也這樣做呢？科學(xué)家認(rèn)為，以前被忽視的、離地球很近的非碳質(zhì)隕石可能提供了地球上大約70%的水，而不是碳質(zhì)隕石。

最后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家對(duì)地球水的來源并沒有形成統(tǒng)一的觀點(diǎn)，但這個(gè)問題讓我們對(duì)太陽系和更遠(yuǎn)的宇宙太空了解得更多了。未來隨著人類對(duì)太空的探索更加深入，“地球的水來自何處”這個(gè)問題會(huì)有更加肯定的答案。

文章來源：popsci. com