本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
在《埃努玛·埃利什》中,这是一部巴比伦史诗,讲述了世界的创造,天堂和地球从原始的微咸水深渊中涌现出来。根据圣经《创世纪》的记载,水先于陆地、生命,甚至光本身而存在。我们的古代祖先和我们今天一样认识到,水是生命的基础。但即使他们可以构想地球、月球和星星的创世故事,许多文明在有记载的历史之初似乎仍对我们星球的水的起源感到困惑。
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数千年后,地球海洋的起源仍然是我们现代创世故事中关键的缺失部分之一。我们知道,水的先驱物质氢和氧在巨大的寒冷分子云中含量丰富,这个分子云在45亿多年前坍缩形成了太阳及其行星。当分子云坍缩时,它变成了一个旋转的、白炽的气体和尘埃盘,中心是发光的新生太阳。盘中旋转的碎片互相碰撞并粘在一起,逐渐增长形成成熟的世界。水冰在寒冷的外盘中含量丰富,但在太阳附近,所有岩石行星都在那里形成,盘的温度太高,无法维持超过一丝湿气。地球及其岩石兄弟姐妹可能形成时相对干燥。那么地球的海洋从何而来呢?
从富含水的外太阳系坠落的物体是地球获得水的最大可能途径,科学家们长期以来一直在争论不休,试图确定这些水是通过小行星还是彗星输送过来的。今天,来自欧洲航天局罗塞塔任务的科学家们,针对 67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星宣布,地球水的彗星起源说是一个完全站不住脚的想法。看来,小行星是更好的选择。他们的发现发表在《科学》杂志上。
“伯尔尼大学的研究负责人 Kathrin Altwegg 说:“今天,小行星的水非常有限;这一点很清楚。但情况可能并非总是如此。” 大量的地质证据表明,大约四十亿年前,富含水的撞击物猛烈撞击地球和其他岩石行星,那时的小行星可能比今天更湿润、数量更多。
研究小组使用罗塞塔号的 ROSINA 光谱仪,测量了 67P 彗星的普通氢与氘(一种含有额外中子的较重氢同位素)的比率。然后,他们将这个“D/H”比率与地球海洋中发现的比率进行了比较,发现彗星的 D/H 比率是地球水的 3 倍。如果彗星是填充地球海洋的物质,那么我们应该期望这些 D/H 比率是相同的。
几十年来,小行星一直是地球水的首选解释。部分原因是它们从火星和木星附近的小行星带到达这里相对容易。彗星的旅程更艰难,因为它们要么来自冥王星轨道之外称为柯伊伯带的碎片环,要么来自称为奥尔特云的球形群,奥尔特云延伸到离我们最近的恒星的一半路程。
这也解释了为什么地球上可以研究的小行星样本比彗星样本多得多——我们称它们为陨石。在地球上的每 10,000 个水分子中,只有 3 个含有重氘而不是普通氢,富含水的陨石的 D/H 测量值与这个比率大致一致。科学家们还测量了来自奥尔特云的十几颗彗星的 D/H 比率,发现它比地球水的 D/H 比率高出两倍。看来,奥尔特云不是地球的海洋储水库。
然而,地球水的彗星假说在 2011 年卷土重来,当时赫歇尔红外太空望远镜测量了从哈特利 2 号(一颗被困在与木星轨道共振中的柯伊伯带彗星)释放出的水蒸气的 D/H 比率。哈特利 2 号的 D/H 比率与地球海洋中的水相似,这让一些科学家怀疑这颗彗星是未输送海洋的冷冻块。
今天的罗塞塔结果反而表明,哈特利 2 号只是一个奇怪的特例。Altwegg 说,67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星的 D/H 比率(也来自柯伊伯带)“非常高,如果你将这些彗星中的一小部分与哈特利结果混合起来以制造地球水,你只需要一小部分这些彗星就会破坏哈特利结果”。“如果你相信柯伊伯带彗星是地球水的起源,你就不得不假设丘留莫夫-格拉西缅科彗星是柯伊伯带的例外。”
彗星假说仍然有可能再次领先,尽管它们面临越来越大的困难。67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星像所有彗星一样,会喷射出多个不同的蒸汽射流。罗塞塔号的测量可能无意中采样了来自特别富含氘的射流的物质,尽管这种可能性不大。即便如此,任务科学家 Matt Taylor 表示,罗塞塔团队计划明年夏天驾驶航天器直接穿过至少一个单独的射流,以确定成分的潜在差异。
研究人员只设法测量了少数柯伊伯带彗星的 D/H 比率,因此,更广泛的调查可能会揭示罗塞塔号的彗星是异常值,而不是哈特利 2 号。同样,新的和即将到来的从小行星获取新鲜样本的努力,例如日本最近发射的隼鸟 2 号任务和 NASA 计划于 2016 年发射的 OSIRIS-REx 任务,可能会提供令人惊讶的新数据,这些数据可能再次扭转局面,使之有利于彗星。
或者,也许最有可能的是,随着从小行星和彗星收集到更多数据,我们现在告诉自己的关于其中一种或另一种来源主导水输送的创世故事,将被证明像我们祖先的神话一样幼稚。就地球海洋而言,输送它们的可能既不是彗星也不是小行星,而是两者的重要混合物。