每日科普|地球上的水到底从何而来？

科普时报

2023-08-07

作者：史诗

地球上的水到底从何而来？近期，《自然》杂志刊文称，詹姆斯·韦布空间望远镜（以下简称韦布望远镜）的探测数据首次显示，水蒸气存在于太阳系主带里德彗星的周围。

“主带彗星存在于火星和木星轨道之间的小行星带。”澳门科技大学助理教授余亮亮告诉科普时报记者，主带彗星是天文学家近30年发现的一类活跃小天体，是被认为内部含有水冰的主带小天体，但之前一直缺少强有力的直接证据，韦布望远镜的新发现证实了这一观点。

富水彗星带来新证据

地球所在的太阳系位置，一开始就不是沸点极低、比重极轻的水该待的地方，这是太阳凭借高“体温”定下的规矩。不料地球是个“钉子户”，有着非常例外的水，甚至水占到地球表面积的71%。

那么问题来了，地球形成时所在的太阳原行星盘温度很高，水汽应该无法凝结到原始地球上。过去的主流观点是，地球之水是彗星和一些小行星带来的。彗星由冰、灰尘和岩石物质组成，是富含水冰的小天体。当彗星接近太阳时，它的冰开始升华产生气体向外喷发并吹走表面的小颗粒尘埃，使它有一个朦胧或多云的光环，被称作“彗发”，长长的尾巴则是“彗尾”。

余亮亮认为，里德彗星彗发中的水分子，证明主带中应当存在大量内部结冰的小天体。它们的水冰主要深埋地下，通常气体产量很低。倘若发生撞击事件，局部地区地下水冰暴露出来，就会产生类似彗星的彗尾，于是变成了主带彗星。“主带小天体比周期彗星更容易迁移到地球轨道附近，一定程度上支持了主带结冰小天体为地球‘送水’的可能。”

主带结冰小天体或也是“送水员”

主带结冰小天体为地球“送水”同样充斥着不确定性，挑战来自氢同位素。

此前，科学家们分别统计了地球水以及三个著名的大彗星——哈雷、百武和海尔波普的氘氢比（D/H），发现彗星水的氘氢比居然比地球水高出两倍多。如果地球上的水全是彗星带来的，氘氢比值应该一样才对。“这意味着，地球水应当不完全来自彗星。”余亮亮说。

有研究表明，来自小行星球粒陨石的氘氢比小于地球。“地球水的氘氢比介于小行星和彗星之间。原行星盘中的小行星在水的雪线（凝结点线）内侧形成，是缺水的，彗星在雪线外侧形成，是富水的。”余亮亮分析，一定比例的小行星和彗星都撞击地球后，它们带来的水混合后，可以解释地球水的氘氢比介于小行星和彗星之间这个问题。

余亮亮还提出了另一种可能。“可能存在某种物质组分介于小行星和彗星之间的小天体，位于雪线附近。它们给地球输送了水，所以氘氢比也介于小行星和彗星之间。”

太阳系中，水的雪线位于主带中间位置。“主带彗星的发现及韦布望远镜证明其确实存在水分子，证明了雪线附近确实存在物质组分介于小行星和彗星之间的结冰小天体。它们可能给早期地球带来了水源。”余亮亮说。

没有二氧化碳并不意外

通过韦布望远镜的近红外光谱仪，水被成功探测到。但也伴随着一个新谜题：与其他彗星不同，里德彗星周围没有探测到二氧化碳。通常情况下，彗星的挥发性物质中约10%是二氧化碳。

余亮亮认为，这并不意外。“根据热力学模型，主带区域的温度只能让水在内部保存的时间超过太阳系的年龄，二氧化碳比水更易升华，没法长时间保存。”而周期彗星来自柯伊伯带或奥尔特云，那里温度低，二氧化碳才得以保存。

美国马里兰大学天文学家、论文第一作者迈克尔·凯利对此解释说，一种是里德彗星在形成时含有二氧化碳，但后来由于温度过高而最终失去二氧化碳。另一种可能是，里德彗星可能形成于太阳系中一个比较温暖的地方，而那里二氧化碳不能冷凝到星体上。

未来，主带彗星或许可以告诉我们更多信息。

责任编辑：胡惠雯

来源: 学习强国