2021年2月最后一天即将结束时，一块重达29磅的太空岩石以大约每秒8.5英里的速度冲入地球高层大气。当它划过平流层时，进入大气层的热量和摩擦力将其外部烧焦成深黑色。柔软的岩石碎片在火焰中脱落，巨大的火球像夜空中的火炬一样短暂地燃烧起来。
当最大的一块碎片突然坠落在英国温奇科姆的一条车道上时，它只剩下11.3盎司重。科学家在12小时内抢到了这种岩石状的粉末状物质，使其成为有史以来研究过的最新鲜的陨石之一。“它几乎和我们能得到的最原始的状态一样，”伦敦自然历史博物馆的行星科学家阿什利·金说。
温奇科姆陨石属于一类罕见的太空岩石，称为碳质球粒陨石。这些挥发性天体正在帮助研究人员拼凑出地球上最大的谜题之一：我们星球上的水来自哪里。研究人员认为，有些水可能来自陨石，但究竟有多少仍存在激烈争论。一些人认为陨石带来了降雨；另一些人则认为它们的贡献可能更像是沧海一粟。
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在地球成为行星之前，它是一团围绕年轻太阳运行的尘埃云。通过称为吸积的过程，这些尘埃凝聚形成卵石，卵石碰撞并粘在一起。撞击产生了越来越大的岩石，最终滚雪球般形成了一个完整的行星。
早期的地球不是今天的“淡蓝色圆点”；它的温度飙升至华氏3600度，足以将任何地表水煮沸蒸发到太空。科学家们一度认为，这意味着地球在其婴儿期将是干燥的，但最近发表在《自然》杂志上的研究表明，地球可能曾经非常潮湿。卡内基科学研究所（位于华盛顿特区）的地球化学家、研究合著者阿纳特·沙哈尔及其同事注意到，许多类地系外行星在吸积时都被富含氢的大气层覆盖，因此模拟了地球形成过程中添加这种大气层的情况。他们发现，与之前的假设相反，大量的水在虚拟行星的大气层中持续存在，并被包裹在其岩石地幔内部，即使岩浆河流在地壳表面自由流动。
尽管这个模型表明，自行星形成以来，可能已经存在大量的水，但行星地质学家仍然确信，很大一部分水仍然来自我们大气层之外。“有太多的证据，”沙哈尔说。“我们不能反驳它。”
金说，“确凿的证据”隐藏在地球的氢中。氢在地球上以两种稳定的“风味”存在，称为同位素：普通氢，其原子核只有一个质子；以及氘，其原子核由一个质子和一个中子组成。在地幔中发现的水的氘含量比海水少约15%；多余的海水氘很可能来自其他地方。
天文学家最初推测，富含氘的水通过彗星传播到地球。由于彗星存在于太阳系寒冷的外围区域，因此彗星非常冰冷；它们质量的80%可能都是水。但在2014年，欧洲航天局“罗塞塔”任务的数据表明，许多彗星的同位素比率相差甚远——它们的氘含量远高于地球水。科学家们提出了另一个假设：水通过太阳风涌入我们的大气层，太阳风将来自太空的自由氢分子和氧分子推向地球。然而，许多科学家认为，这些分子的氘比率太低。“很难用这些来源解释水的预算，”马里兰大学的岩石学家梅根·E·纽科姆说。
那么，黄金比例的同位素比率在哪里呢？研究人员最终在小行星中找到了答案——特别是，称为球粒陨石的原始小行星块。碳质球粒陨石因其碳含量而得名，含水量高达20%。“这并不意味着当你触摸陨石时，它是湿的，”芝加哥菲尔德博物馆的地质学家玛丽亚·瓦尔德斯说。相反，它们携带水的原子成分：2:1 的氢氧比。
在 2022 年发表于《科学进展》的一篇论文中，金及其同事使用光谱学分析了温奇科姆陨石。他们发现，陨石的氘氢比与地球海洋几乎完全匹配——考虑到他们收集陨石的速度，这是一个尤其值得注意的结果。
“陨石不喜欢大气层，”美国自然历史博物馆的地质馆长丹顿·埃贝尔说。太空岩石内部的矿物质一旦接触到空气，就会像海绵一样吸收水蒸气。但由于温奇科姆样本是在撞击后 12 小时内获得的，因此它受地球水的污染远低于大多数样本。
在温奇科姆分析结果公布几个月后，纽科姆和她的团队进行的一项研究进一步加强了碳质球粒陨石的案例。在那篇今年发表在《自然》杂志上的论文中，他们分析了来自一组成陨石的新近坠落的陨石，这组陨石称为无球粒陨石。与碳质球粒陨石不同，这些陨石来自小行星或其他被辐射和地质过程部分熔化的岩石天体。纽科姆和她的合著者发现，熔化过程剥夺了无球粒陨石的水分，就像烘烤饼干面团一样。“我们发现的一切，无论是来自太阳系内部还是外部，都非常非常干燥，”她说。
但法国洛林大学的宇宙化学家 Laurette Piani 指出，这一发现并不意味着碳质球粒陨石是地球唯一的运水者。“在我看来，地球上的水可能存在多个来源，”她说。仅靠球粒陨石就需要大量的陨石撞击才能解释地球上的海洋，而且碳质球粒陨石在今天相当罕见。皮亚尼指出，大约等量的太阳风、彗星、从地幔中涌出的水和球粒陨石可以结合起来以匹配地球的同位素平衡。无论地球水的确切配方是什么，研究其起源都将揭示更多关于我们星球如何形成并成为我们所居住的充满活力的蓝色世界的信息。