原作：Monica Grady

翻譯：張雨荷

校譯：牧夫天文校對(duì)組

編排：葛明紅

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水對(duì)于地球上的生命來說至關(guān)重要，它也是我們賴以生存的最寶貴的自然資源。但是聯(lián)想到我們星球的形成過程，地球上仍然保留了很多水是一件令人驚奇的事。地球從一團(tuán)氣體和塵埃（一顆原行星盤）中聚集而成。在最初的幾百萬年中，地球一直是熾熱的。地球表面由于彗星和小行星的撞擊一直保持熔融狀態(tài)，而內(nèi)部由于引力加熱和放射性同位素衰變的共同作用也是保持液態(tài)（現(xiàn)在仍是這樣）。

這意味著，如果地球上曾經(jīng)存在任何初始的水 (和有機(jī)化合物)，它們應(yīng)該會(huì)很快沸騰。那么，為什么今天我們的星球上仍有大量的水呢，它們究竟來自哪里？發(fā)表在Science Advances雜志上的一項(xiàng)令人驚訝的新研究表明，一種被認(rèn)為不含多少水的小行星可能會(huì)給出我們答案。研究同時(shí)表明，太陽系可能比我們之前想象的要潮濕得多。

長期以來，科學(xué)家們對(duì)地球上水的來源問題一直意見不一。一種理論認(rèn)為，地球上的水可能是從與之碰撞的小行星和彗星中捕獲的。另一種理論則認(rèn)為，水一直存在于地幔的巖石中，并通過火山逐漸釋放到地表。

圖注：小行星Itokawa

圖源：NASA/JPL

在日本的隼鳥（Hayabusa）計(jì)劃（https://en./wiki/Hayabusa）的幫助下，科學(xué)家們現(xiàn)在掌握了新的證據(jù)。2010年，隼鳥號(hào)航天器從小行星25143 Itokawa表面取回了一批珍貴的顆粒樣本。該項(xiàng)目的科研人員分析了其中兩個(gè)顆粒的含水量。他們使用了一種叫做離子微探針的精密儀器，用離子束轟炸樣品，以探測其表面組成。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行起來并不容易。顆粒很小，只有不到40微米寬，且每個(gè)顆粒都由幾種不同的礦物質(zhì)組成。離子探針必須聚集在顆粒中的某種特定礦物上，才能夠收集所需的數(shù)據(jù)。他們分析出的礦物種類是一種含鐵和鎂的硅酸鹽，被稱為輝石，該礦物幾乎完全不含鈣。

這類物質(zhì)通常難以與水聯(lián)系到一起。事實(shí)上，它被認(rèn)為是一種名義上“非水合礦物” (Nominally Anhydrous Minerals，NAM) （http://www./MSA/RIM/rim62.html）。輝石晶體的晶格并不像粘土那樣含有水分子的空位，因此其結(jié)構(gòu)并不利于吸收水分。然而，研究人員所使用的技術(shù)敏感性很高，使他們能夠檢測出并且測量這微量的水。

研究結(jié)果令人驚奇: 顆粒中含有高達(dá)1000 ppm的水。知道了Itokawa的成分后，研究人員估算出了整個(gè)小行星的含水量，結(jié)果介于160 ppm和510 ppm之間。這個(gè)結(jié)果比科學(xué)家們預(yù)期的要多：之前對(duì)兩個(gè)類似天體 (也是s 型小行星) 進(jìn)行過遠(yuǎn)程測量，其中一個(gè)含水30 ppm，另一個(gè)則含水300ppm。

水是由氫和氧組成的。但這些元素以不同的同位素形式出現(xiàn)——這意味著它們的原子核中可能有不同數(shù)量的中子。研究人員研究了這些水的氫同位素組成，發(fā)現(xiàn)它與地球的氫同位素組成非常接近，表明地球上的水與隼鳥號(hào)帶回的顆粒上的水來源相同。

研究結(jié)果帶來了一些有趣的問題。首先，“非水合礦物”中怎么出現(xiàn)了這么多的水？文章作者認(rèn)為，在它們形成的過程中，顆粒吸收了原行星盤中的氫，在太陽星云的高溫和高壓下，氫與礦物質(zhì)中的氧結(jié)合產(chǎn)生了水。

圖注：兩顆被研究的Itokawa顆粒的原始形態(tài)。

圖源：JAXA(日本航天局)，由Z. Jin編輯。

到目前為止，研究人員的猜測都是合理的。但水怎么可能留在礦物中呢？它們畢竟來自于一顆 s 型小行星——一顆形成于太陽系內(nèi)部較熱部分的小行星。Itokawa具有復(fù)雜的熱變質(zhì)和碰撞歷史，溫度至少高達(dá)900°C。 然而，研究人員使用了計(jì)算機(jī)模型來預(yù)測這些過程中會(huì)損失多少水 ：結(jié)果卻不到總量的10％。

但是這一切與地球上的水有什么關(guān)系呢？ 據(jù)研究人員推測，在顆粒從原行星盤上吸收水分之后，這些礦物聚集在一起，形成小石塊，最終形成更大的天體，如小行星。

如果這種形成機(jī)制適用于小行星，它也可能適用于地球。也許地球上原始的水來自于這些礦物質(zhì)，它們聚集在一起形成了地球。雖然水在地球早期的歷史中已經(jīng)消失，但在與大量的S型小行星碰撞的過程中，水又增加了。地球和小行星Itokawa之間氫同位素組成的相似性就暗示了這一點(diǎn)。

對(duì)于地球上水的起源的舊題新觀給出了出人意料的結(jié)論。這個(gè)結(jié)論表明，大量的太陽系內(nèi)部小行星可能含有比人們想象中更多的水。

因此，雖然太陽系里到處都是水，但是因?yàn)樗鼈冸[藏在礦物質(zhì)內(nèi)部，我們也沒法取來解渴。