與太陽系其他岩質行星相比,地球是一顆水資源異常豐富的星球。海洋覆蓋了約70%的星球表面。
這也帶來了一個長期困擾着科學家的問題,地球上這麼多水究竟從何而來?
近日,一組國際研究團隊帶來了新答案。他們發現,來自太陽的帶電粒子流,也就是太陽風,在帶有塵埃顆粒的小行星表面改變了顆粒的化學組成,并創造出了水。這些小行星的碎片在太陽系形成的早期階段落向地球,地球上或許有一半的水來源于此。
這不僅回答了一個長期困擾我們的問題,同時也有望幫助未來的太空任務在沒有空氣的星球上找到水源。研究已于近日發表在《自然·天文學》上。
行星科學家幾十年來一直對地球上水的來源感到困惑。一種現有的理論認為,被稱為C型小行星的天體可能在46億年前地球形成的最後階段将水帶到了地球。
為了檢驗這一理論,科學家曾分析過大量C型小行星的同位素 “指紋”。這些小行星以富含水的碳粒隕星的狀态來到了地球。簡單來說,如果這類隕石水中的氫和氘的比例與地球上的水相匹配,那麼科學家就可以得出結論,C型隕石可能是水的來源。
然而,分析結果并沒有那麼明确。雖然一些富含水的隕石的氘/氫指紋确實與地球上的水相匹配,但還有許多并不是。平均而言,這些隕石的同位素指紋與在地球地幔和海洋中發現的水并不一緻。相反,地球具有一種不同的、略輕一些的同位素指紋。
換句話說,雖然地球上的一些水一定來自C型隕石,但形成中的地球還得從至少一種具有較輕的同位素來源得到水,而這種來源應該來自太陽系的其他地方。
在新研究中,科學家團隊使用了一種被稱為原子探針層析技術的尖端分析方法,仔細檢查了來自一種不同類型的太空岩石的樣本。
這類岩石來自S型小行星,它們的軌道比C型小行星更靠近太陽。被用于分析的樣本來自一顆被命名為絲川的小行星,也就是小行星25143,它以18個月的周期圍繞太陽運行,為了紀念日本火箭科學之父絲川英夫而得名。
絲川小行星。| 圖片來源:NASA/JPL
早先,日本空間探測器“隼鳥号”對其進行了樣本采集,并于2010年将樣本送回了地球。2017年,團隊幸運地從樣本中收集到了三個極罕見的礦物顆粒,每個大約隻有頭發絲那麼寬。
原子探針層析技術讓研究團隊能以單個原子的精度測量顆粒的原子結構,了解塵埃顆粒表面之下50納米左右的内部,并探測單個水分子。他們發現,大量的水是在絲川的塵埃大小的顆粒的表面下通過太空風化作用産生的。太空風化是一個組合的過程,比如有害的銀河系宇宙射線、微隕擊、太陽輻射和太陽風,它會影響所有暴露在太空中的表面。
早期的太陽系是一個充斥着塵埃的地方,在行星吸積開始之前,整個太陽星雲中豐富的塵埃不可避免地受到輻照,為在太空塵埃顆粒的表面下産生水提供了大量機會。
太陽風是一種主要由氫離子和氦離子組成的粒子流,從太陽源源不斷地流向太空。當這些氫離子碰到像小行星或太空塵埃顆粒這樣的沒有空氣存在的表面時,就會滲透到表面以下幾十納米的地方,在那裡影響着岩石的化學成分。
随着時間的推移,氫離子的太空風化效應可以從岩石的材料中釋放出足夠的氧原子,從而産生水,這些水就會被困在小行星的礦物中。這種富含水的塵埃會與C型小行星一起落到早期地球,成為地球海洋的一部分。
太陽風(圖中+号表示)能在小行星表面通過太空風化作用創造出水。|圖片來源:University of Glasgow
研究确認,這塊經過太空風化的邊緣碎片含有足量的水,如果按比例放大,每立方米的岩石的含水量将達到約20升。
最重要的是,這種由早期太陽系産生的太陽風衍生出的水是同位素較輕的。這有力地說明,遭受太陽風沖擊并在數十億年前被卷入形成中的地球的細粒塵埃,可能就是我們一直錯過的那種地球水的來源。
科學家表示,這項研究建立在不斷累積的證據之上,同時借助了最尖端的技術,為我們帶來了新的線索和答案:太陽風與富氧的塵埃顆粒的相互作用确實産生了水。
這個結果不僅可以讓我們更好地了解早期太陽系,以及地球及其海洋是如何形成的。對太空風化的表面可能包含多少水的估計還表明,未來的太空探索者或許有機會在最看似幹旱的星球上制造水的供應。
我們可以合理地假設,在絲川上産生水的太空風化過程,在某種程度上會發生在許多沒有空氣的世界上,比如月球或者小行星維斯塔。這或許也打開了更多可能性的大門。
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lh
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@Q、月球是在太陽系早期,地球形成初期(或許還是星胚階段)受到一顆與火星類似大小的原行星的撞擊,碰撞把大量碎片抛向環地球軌道,然後迅速聚合形成了月球。當然了,這是一種最可能的假說。
不見
為什麼金星的公轉方向與其它行星不同而且出奇的慢
hisea
C型小行星上水又來自哪裡?它為什麼不能本來就有?如果研究最初氫氧以其它形式存在然後如何轉化為水也許更有意思
有話要說...