地球之水来自彗星吗？没这么简单…

编译：黄诗欣

校对：吕梓欣

排版：关关

后台：朱宸宇

地球上的水从何而来？一项关于一颗年轻恒星及其原行星盘的研究或许会指引我们找到答案。科学家已证实此行星盘中存在水的同位素，且与太阳系彗星中的成分相似。这表明，地球上的水有相当一部分不是来自太阳系内的彗星，而是来自比太阳更古老的星系。

关于地球上水的起源，科学界一直争论不休。因为地球形成时所在的太阳原行星盘温度很高，水蒸气无法凝结成液态水。那么，地球的水到底是从哪来的呢？一个主流观点认为，它来自外太阳系的彗星和天体，在地球诞生之后才姗姗来迟。

最近，《自然》期刊发布的一项研究成果为破解这个难题提供了新的证据。该研究团队观察了一颗年轻的恒星及其原行星盘。原行星盘是围绕新恒星形成的圆盘状结构，由浓密的气体与尘埃组成。若条件合适，这便会演化出新的行星系统。此研究证实，地球的水至少有一部分来源于太阳系之外。

V883 Orionis: artist’s impression of the protoplanetary disc around the star. (Courtesy: ESO/L Calçada)这一张艺术概念图描绘了猎户座V883周围的原行星盘（图源：ESO/L Calçada）

新研究成果或将揭示水的前世今生

阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（图片来源：equn.com）

阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，简称ALMA）位于智利北部阿塔卡马沙漠，是由射电望远镜构成的天文干涉仪。与过去的望远镜系统相比，ALMA在毫米及次毫米波段上能看到更暗的天体，同时能得到更高的影像分辨率。

研究团队运用ALMA射电望远镜，在猎户座V883周围的原行星盘中发现了气态水。这一重大发现填补了该领域的空白，我们也因此进一步了解行星系统形成时水的分布状态。此外，我们也可以推测，地球上的水可能先于太阳诞生，比太阳还要古老。

约翰•托宾（John Tobin）是该研究的第一作者，也是美国国家射电天文台（National Radio Astronomy Observatory）的天文学家。他提到，在猎户座V883观测到的半重水与轻水的比例是此项研究的关键。轻水是普通的水，一个分子含有两个氢原子，而在半重水的分子中，其中一个氢原子被氘取代。

普通水、重水与半重水分子（图源：https://new.qq.com/rain/a/20230314A06ZSQ00）

托宾说：“我们平日里使用的自来水是含氘的，大概每3千个水分子就会有一个带有氘原子。这数量可不小，如果水不是在太阳诞生前就已经存在于系外之地，那么按照我们的估算，每5万个水分子里才会有一个带有氘原子。这表明地球上的水有很大一部分都是在太阳系外形成的。”

同位素比率：探究真相的关键数据

要勘破地球上水的来历，最为关键的是要测出半重水与轻水的比例。之前，科学家已经测量了地球、彗星、原恒星、甚至星际空间的数值，而在这次调查猎户座V883的行动中，科学家首次测量了原行星盘的同位素比率。

托宾指出，水到达地球的方式有两种——化学继承与化学重置。化学继承模型给出的解释如下：水在星际空间形成，之后转移到原行星盘中，这个过程中同位素比率保持不变。而化学重置模型的阐释是，原行星盘内生成的热量使水分子分解，待盘内温度降低，水分子就会重组。重组之后，同位素比率相比之前会有明显变化。在系内分解重组的水分子，其同位素比率要比从系外转移的低。

科学家在地球上测量的比率位于两个模型给出的数值之间。正因如此，托宾和他的同僚热衷于研究原行星盘中的同位素比率，希望能找到水从星际空间来到地球的证据。

原行星盘中首次发现液态水

托宾和他的团队在智利北部用ALMA射电望远镜观测猎户座V883的原行星盘。猎户座V883是一颗距离地球约1300光年的原恒星。原恒星是处于恒星演化早期阶段的天体，它通过引力不断聚集周围的物质，使中心温度升高，引发聚变核反应，最终变成太阳那样的主序星。猎户座V883比太阳亮200倍左右，有多余的热量散发意味着原行星盘中的水是液态的。而在我们以前所调查的原行星盘中，水都是以冰的形式存在，而测量固态水的同位素比率要比液态水难得多。

ALMA在2021年对猎户座V883进行了六个小时的观测，研究人员也由此得以确定其原行星盘的同位素比率，一个与彗星以及更加年轻的原恒星系统十分相近的数值。

托宾认为，这项发现促使我们朝真相迈出了重要的一步。他解释道：“彗星、原恒星和地球的同位素比率显示，地球上水的同位素比率明显高于宇宙空间中的比率。只有在寒冷的星际介质中漂浮的尘埃颗粒表面，才能形成同位素比率如此高的水。同位素比率偏高，且在恒星与行星的形成过程中相对稳定，这就意味着地球上大部分的水是在星际介质中形成的，然后维持着原始的状态降临到地球之上。”

所以说呢，古人说“黄河之水天上来”，这个天不仅仅是天空，也不仅仅是太阳系内部，还有更多是遥远和远古的宇宙。这么想来，我们平常喝下一杯普通的水，也有这么神奇的经历。

参考链接：

[1]https://alpo-astronomy.org/gallery3/index.php/Comet-Images-and-Observations/Comets-Discovered-in-2021/C-2021-A1-Leonard/C2021A1-Leonard-2022-Jan-02-Michael-Jager-Lukas-Demetz-Skygems-Observatories

[2]https://physicsworld.com/a/luminous-protostar-sheds-light-on-the-origins-of-earths-water/

[3]https://baike.baidu.com/item/%E9%98%BF%E5%A1%94%E5%8D%A1%E9%A9%AC%E5%A4%A7%E5%9E%8B%E6%AF%AB%E7%B1%B3%E6%B3%A2%2F%E4%BA%9A%E6%AF%AB%E7%B1%B3%E6%B3%A2%E9%98%B5%E5%88%97/22709096?fr=aladdin

[4]https://www.equn.com/forum/thread-12913-1-1.html

[5]https://new.qq.com/rain/a/20230314A06ZSQ00

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来源：牧夫天文

编辑：利有攸往