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你喝的水可能比太阳还古老

2023-03-06雷册渊

新传奇 2023年4期
关键词:太阳风彗星陨石

美国密歇根大学天文系的一项研究成果显示,存在地球、陨石、月球表面的水,可能比大约46亿岁的太阳系还“老”。这意味着现存于太阳系中的水,有部分来自于太阳系形成前的星际介质。

彗星撞、太阳风吹还是自带?

地球上的水到底从哪儿来?目前比较有代表性的是“外源说”和“自源说”。

“外源说”认为地球上的水来自地球外部,例如彗星和富含水的小行星。

彗星的成分主要是水和星际尘埃,彗星撞击地球会带来大量水。而有些富含水的小行星降落到地球上成为陨石,也含有一定量的水,一般为0.5%至5%,有的可达10%以上。正因如此,一些科学家认为,正是彗星和小行星等地外天体撞击地球时,将其中冰封的水资源带入了地球环境中。

外来水源的另一个可能性是太阳风。太阳风是指从太阳日冕向行星际空间辐射的连续的等离子体粒子流,是典型的电离原子,由大约90%的质子(氢核)、7%的α粒子(氦核)和极少量其他元素的原子核组成。

首先提出地球上的水是太阳风的杰作的科学家是托维利。他认为,太阳风到达地球大气圈上层,带来大量氢核、碳核、氧核等原子核,这些原子核与地球大气圈中的电子结合成氢原子、碳原子、氧原子等,再通过不同的化学反应变成水分子。据估计,在地球大气的高层,每年几乎产生1.5吨这种“宇宙水”。然后,这种水以雨、雪的形式降落到地球上。

更重要的是,地球水中的氢与氚含量之比为6700:1,这与太阳表面的氢、氚比十分接近。因此托维利认为,这可以充分说明地球水来自太阳风。但太阳风在地球的生命史中也不过形成了67.5亿吨水,与现今地球表面的水储量相比,不过九牛一毛。

“自源说”则认为地球上的水来自于地球本身。地球是由原始的太阳星云气体和尘埃经过分馏、坍缩、凝聚而形成的。凝聚后的这些星子继续聚集形成行星的胚胎,然后进一步增大生长,形成原始地球。

地球起源时,形成地球的物质里面就含有水。在地球形成时温度很高,水或在高压下存在于地壳、地幔中,或以气态存在于地球大气中。后来随着温度的降低,地球大气中的水冷凝落到了地面。岩浆中的水也随着火山爆发和地质活动不断释放到大气、降落到地表。

还有一种说法认为,在地球形成的最初阶段,其内部曾包含非常丰富的氢元素,它们后来与地幔中的氧发生了反应并最终形成了水。

你喝的水可能比太阳还古老

除了以上说法,还有一些有趣的发现。美国密歇根大学天文系的一项研究成果显示,存在地球、陨石、月球表面的水,可能比大约46亿岁的太阳系还“老”。这意味着现存于太阳系中的水,有部分来自于太阳系形成前的星际介质。

参与研究的美国密歇根大学博士生克里夫斯表示:“太阳系诞生初期的环境条件并不适合水分子的合成。而在这种情况下,水就只可能来自于富含化学元素的外部星云。而这些水成功地在太阳系诞生的过程中幸存了下来。”

为了探明水的“年龄”,研究人员决定从氢的同位素氘入手。氘,常用于热核反应,在能源领域具有良好的前景,通常微量存在于我们周围的水中,并且很难自然形成。

研究人员构建了专门的计算机模型,对比了彗星、行星、陨石及地球海洋水中氘的丰度(相对含量)。结果发现,这些样本的比率均高于正常情况下太阳系中氘的比率,也就意味着多出来的氘可能并不来源于太阳系。超出比率的氘可能来自氘丰度更高的寒冷星际空间,比太阳系更加“年长”。

但并不是说我们周围的水都是太阳系的“长辈”,真正早于太阳系形成的水在其中的比例并不明确,不过其数量可能很可观。

这一发现,不仅意味着我们每天可能在喝着来自遥远星际空间的水,还意味着宇宙中可能会有更多类似太阳系的系统,具备诞生生命的条件。这将有助于人类对行星系统的研究,人们或许将有更大机会找到另一个孕育生命的“地球”。

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