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近期，美國研究人員對阿波羅11號、16號和17號飛船帶回的月球土壤樣本進行了分析，結(jié)果顯示其中所含有的氫氧基中的氫原子，其同位素比例等特征與太陽風(fēng)中的氫原子相似，并據(jù)此推斷，月球上的水可能部分來自太陽風(fēng)。 地球擁有浩瀚的海洋、奔騰的江河、翻滾的云、充沛的雨，與月球相比，其水量可謂無窮無盡，是太陽系中名副其實的“水球”。地球上如此之多的、孕育出生命的水，也是從太陽風(fēng)中得來的嗎？答案如果是否定的，那么地球上的水又是來自哪里呢？ 月球因為沒有大氣層太陽風(fēng)能吹來部分水 遼寧日報：新一期英國《自然－地學(xué)》雜志刊登報告說，美國研究人員對阿波羅系列探月飛船帶回的月球土壤樣本進行分析后認為，月球上存在的水可能來源于太陽風(fēng)，這說明其他一些星球也可能同樣因此而存在水。在我們的印象中，太陽風(fēng)是高溫的，應(yīng)該對月球的水分有蒸發(fā)的作用，怎么會產(chǎn)生水呢？ 蕭耐園：根據(jù)20世紀70年代后期的理論模型表明，來自太陽風(fēng)中的氫離子（質(zhì)子）可與氧結(jié)合形成水和相關(guān)化合物，稱為羥基 （化學(xué)式是OH），它由一個氫原子和一個氧原子組成。通過這一原理我們得知，當太陽風(fēng)經(jīng)過月球時，將氫離子帶到月球表面，與月球土壤中富含氧的礦物質(zhì)發(fā)生相互作用，最終氫離子被轉(zhuǎn)化成水和相關(guān)化合物儲存在月球土壤的玻璃質(zhì)顆粒中。 近日，美國研究人員借助紅外光譜法和質(zhì)譜分析法對阿波羅任務(wù)帶回的月球土樣進行分析后發(fā)現(xiàn)，月球土壤中的玻璃樣顆粒含有大量的羥基。他們借助光譜學(xué)查看玻璃樣顆粒中的氫與氘（重氫）的比例，發(fā)現(xiàn)氫與氘的比例與太陽風(fēng)里發(fā)現(xiàn)的這一比例基本相符，所以認為這些月球土壤中的水可能來源于太陽風(fēng)。 但太陽風(fēng)所形成的水分存量不會很多，月球表面的最高溫度可達127℃，即使太陽風(fēng)中的氫離子轉(zhuǎn)化為水分，也很難得以保存。 遼寧日報：即使存量不多，太陽風(fēng)形成水分這樣一個機制是存在的，是否意味著太陽系中的其他星球有可能因此而存在水？ 蕭耐園：太陽風(fēng)是從太陽上層大氣射出的等離子體帶電粒子流。粒子流的溫度和速度隨著時間的推移而發(fā)生變化。這些高能帶電的粒子流具有極大的動能，能夠掙脫太陽的引力以超聲速沖向太陽系邊緣。由于地球有厚厚的大氣層和磁場，太陽風(fēng)很難抵達地球，但是月球因為沒有這些保護層而不斷遭受太陽風(fēng)的襲擊，其中的粒子留在月球表面的塵埃中。對于其他星球來說，太陽風(fēng)形成水的機制是存在的，但是同樣并不會產(chǎn)生很大水分，尤其像水星這樣距離太陽非常近的行星，由于酷熱的環(huán)境，更無法保持水分。 遼寧日報：月球表面的最高溫度也可達127℃，它的水分如何得以保存？ 蕭耐園：月球上的水儲存在南北極的隕石坑內(nèi)。長期以來，人們認為月亮上面是沒有水的。 1994年美國向月球發(fā)射了克里門汀號探測器，成為環(huán)繞月球的衛(wèi)星。在1997年下半年的時候，它發(fā)回了一張月球南極地區(qū)的雷達照片。美國科學(xué)家經(jīng)過分析認為，照片上反映出月球的南極地區(qū)表面有水冰。 為了進一步證實這個發(fā)現(xiàn)，1998年初美國發(fā)射了月球全球勘探者號探測器，專門去探測月球表面的水分。月球全球勘探者號探測器進一步證實，不光在月球的南極有水，在北極也有水。這些水是完全結(jié)成冰的，而且月球表面的水冰呈現(xiàn)為很小的顆粒，跟塵土混合在一起。在月球兩極的大環(huán)形山山底，終年照不到陽光，溫度很低，低到-230℃，所以水不會蒸發(fā)。至于在月球的其他地方，在陽光照射下溫度高達127℃，水是很容易蒸發(fā)掉的。所以只有月球的兩極可能存在水冰。 地球的水來自彗星撞擊平均每分鐘新增兩千噸 遼寧日報：既然太陽風(fēng)形成的水量較少，那么月球上的水來自哪兒？ 蕭耐園：我個人認為月球水源于彗星撞擊。在月球形成初期，小天體持續(xù)不斷地撞擊月球。這類小天體主要是小行星和彗星。撞擊的結(jié)果是形成了累累的隕擊坑，而彗星則帶來了大量水分。值得一提的是，在月球上發(fā)現(xiàn)的水，并不是我們想象中的“液體水”，而是水冰，這些水冰是和月球土壤混合在一起的，與地球上成塊兒的冰不同，不能直接開發(fā)使用。在月球的南北極，有些隕石坑在幾十億年間從未接受過太陽照射，因此各類物質(zhì)得以保持“原生態(tài)”，水冰也得以保存下來。 遼寧日報：如果一個星球上存在水，可能有幾種成因？ 蕭耐園：我們以地球為例，地球作為名副其實的水球，水的起源也有多種觀點。 最早的觀點認為，水是地球土生土長的，也就是說水來自地球本身。地球從原始星云凝聚成行星時，地球內(nèi)部釋放出大量的氫氣和氧氣；加上太陽發(fā)出的粒子流，也給地球帶來了氫氣和氧氣。這些氣體通過化學(xué)反應(yīng)，形成了水。 對于水來自地球內(nèi)部的說法，還有一些學(xué)者認為，這是火山爆發(fā)形成的。據(jù)分析研究表明，火山噴發(fā)的巖漿中平均含有7%的水分，而冷凝形成的巖漿中都只含1%的水分，地質(zhì)史上無數(shù)次的巖漿活動每年析出6%的水分，就釀成如今汪洋一片。近些年一些火山爆發(fā)后，應(yīng)該也有水分子蒸發(fā)，但都散在空氣中，被火山灰包裹，因此，很難判斷一場火山爆發(fā)究竟能有多少水就此誕生。 遼寧日報：月球上的水來自于彗星的撞擊，那么地球是否也有同樣的經(jīng)歷？ 蕭耐園：在關(guān)于地球水的來源中，我個人比較贊同的觀點是：地球形成初期，大量的彗星撞擊地球撞出來的。彗星是個“臟雪球”，通常大小從幾十米至幾百米不等。在地球形成之初，太陽系內(nèi)，在海王星軌道至離太陽40至100天文單位的環(huán)帶內(nèi)，有一個彗星“倉庫”，估計包含1億至1萬億顆彗星，被稱為柯伊伯帶。除了柯伊伯帶內(nèi)有大量彗星外，1950年，荷蘭天文學(xué)家奧爾特提出在軌道半徑長3萬到10萬天文單位處還另有彗星倉庫――彗星云，后被稱為奧爾特云，有上萬億顆彗星。 柯伊伯帶是環(huán)形的帶，而奧爾特云是球狀的。大概在地球還只有4億歲的時候，宇宙這個大型實驗室內(nèi)不斷進行自發(fā)的化學(xué)和物理實驗。大量“臟雪球”彗星撞擊地球，撞擊過程中彗星的水被釋放出來，水分子想逃逸，但是被地球引力和大氣層牢牢纏住，于是，就留在了地球上。經(jīng)過歲月的長河，彗星撞擊地球產(chǎn)生的水便變成了現(xiàn)在的樣子。 而且最近，美國衣阿華大學(xué)研究小組的科學(xué)家，從人造衛(wèi)星發(fā)回的數(shù)千張地球大氣紫外輻射圖像中，發(fā)現(xiàn)在圓盤形狀的地球圖像上總有一些小黑斑。每個小黑斑大約存在2至3分鐘，面積約有2000平方公里。經(jīng)過分析，這些斑點是由一些看不見的冰塊組成的小彗星沖入地球大氣層，破裂和融化成水蒸氣造成的。科學(xué)家估計，每分鐘大約有20顆平均直徑為10米的冰狀小彗星進入地球大氣層，每顆釋放約100噸水。 宇宙中潛伏著大量的水地球位置獨特留住了水 遼寧日報：對于整個宇宙來說，水是一種稀缺物質(zhì)嗎？ 蕭耐園：我們通常使用射電天文的方法在宇宙中尋找水的足跡。在浩渺的宇宙中，水分子的存在很普遍，氫原子和氧原子在太空中自由漫步，但是不經(jīng)意間的組合便是水了，它們或是氣態(tài)的，或是液態(tài)的，或是固態(tài)的，科學(xué)家們通過搜尋，發(fā)現(xiàn)宇宙中潛伏了大量的水分子。 遼寧日報：既然宇宙中不缺水，太陽系中為什么地球上的水最多？ 蕭耐園：法國里昂高等師范學(xué)院地球科學(xué)實驗室地質(zhì)化學(xué)教授弗朗西斯?阿爾巴萊德說，地球上的水還和地球在太陽系中的獨特位置有關(guān)。地球上的水的確是由某種力量放置在地球上的，而且通過大氣水循環(huán)將這些水固定在地球上。如果只是放置了水，而沒有大氣層的話，即使有再大量的水，也早就散失在太空中了。據(jù)估計，地幔中的含水量與地表相當。這意味著地球質(zhì)量的0.05%是水。要達到如此儲量，只需1000萬枚“哈雷”規(guī)模的彗星降臨地球即可。 當然，地球并不是這份天外甘霖的唯一受益者，太陽系中其他巖石行星也經(jīng)受了同樣的轟擊，但地球是唯一將這些水分保存下來的星球。通過探測器拍攝的火星圖片，我們可以看到許多水流動過的痕跡。 遼寧日報：為什么其他星球沒有將這些水留下來？ 蕭耐園：在離太陽最近的水星與金星上，水分蒸發(fā)并逃逸到了太空中?；鹦莿t因大氣層太稀薄，加上太陽的照射，絕大部分水分散失到了空間當中。此外，月球的情況也差不多，只有地球所處位置絕佳，水分得以在此完整經(jīng)歷固、液、氣三態(tài)間的循環(huán)。 遼寧日報：在地球上，許多有水的地方都發(fā)現(xiàn)有生命存在，對于其他星球來說是否也是這樣？ 蕭耐園：水被認為是孕育生命的源泉，所以，科學(xué)家們尋找可能存在的地外生命時，第一步就看是否有支持生命的基礎(chǔ)――水的存在。盡管在行星上發(fā)現(xiàn)有水的痕跡，卻還是不能完全證明存在生命，但至少說明具備了有生命的最基本條件。就太陽系的其他星球來說，它們的環(huán)境對于生命來說太過殘酷，所以有生命存在的可能性非常小。 □本報記者／張曉麗 專家檔案 蕭耐園 南京大學(xué)天文系教授、中國科學(xué)院紫金山天文臺客座研究員、澳門科技大學(xué)訪問教授、南京藝術(shù)學(xué)院“意大利語”課特聘教師。 |
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