丹尼爾·克萊里

對(duì)尋找外星生命的人來說這是個(gè)好消息：行星上水的分布比此前想象的更廣。一

個(gè)研究太陽系水的起源的團(tuán)隊(duì)推斷，目前太陽系所擁有的水，有一半出現(xiàn)于太陽系誕生之前。也就是說，在形成太陽系的塵云中，儲(chǔ)存了目前太陽系一半的水。如果水能在這樣的塵云中形成，也許宇宙很多地方都可以找到水。

除地球外，我們在月球、火星、水星、彗星以及巨大行星的冰冷衛(wèi)星上都發(fā)現(xiàn)了水。（詳見本刊2014年第2期《潮濕的太陽系》）但水是哪里來的呢？我們知道，水形成于星際介質(zhì)的氣塵云中，恒星系就是星際介質(zhì)結(jié)合而成，但是當(dāng)新誕生的恒星開始發(fā)出光和熱的時(shí)候，水是不是被破壞了？還是此后水又重生了呢？或者說是不是原生的水在星球形成時(shí)幸存了下來并保留至今呢？

為了回答這些問題，密歇根大學(xué)安阿伯分校的天文學(xué)家L.伊西多爾·克里維斯領(lǐng)銜的一個(gè)團(tuán)隊(duì)集中研究了氘元素，氘是一種在宇宙大爆炸中與普通氫元素同時(shí)產(chǎn)生的重氫。宇宙中氫原子與氘原子之比為1000000∶26，但在地球和其他太陽系天體上的水中，氘的存量是氫的6倍?？茖W(xué)家認(rèn)為，當(dāng)水形成時(shí)，形成富含氘元素的“重水”的反應(yīng)要比形成普通水的反應(yīng)稍快些，因而增加了水中氘的比例。

這種富含氘的水只有在特定條件下才會(huì)產(chǎn)生，即非常低的溫度（只有絕對(duì)零度以上幾十?dāng)z氏度）加上反應(yīng)所需的氧和某種電離輻射。星際介質(zhì)中擁有這些條件，那里的電離輻射是宇宙射線，是來自遠(yuǎn)空的顆粒高速劃過太空形成的。天文學(xué)家觀察到，星際介質(zhì)中的水富含氘，那可能就是太陽系中水的來源。

然而，還有一個(gè)問題，星際水是否能躲過太陽誕生時(shí)的劇烈變化。為了弄清這一點(diǎn)，克里維斯和他的同事開始研究太陽形成后在孕育行星的氣塵原行星盤中是否還有同樣的水形成反應(yīng)。就像星際介質(zhì)一樣，氣塵原行星盤中有低溫和氧氣，但是否有足夠的電離輻射呢？

克里維斯團(tuán)隊(duì)建造了一個(gè)精細(xì)的模型， 模擬原行星盤內(nèi)產(chǎn)生水的化學(xué)過程。多數(shù)宇宙射線都被新星的磁場及其釋放的顆粒阻斷了，但是新恒星的X 射線和原行星盤的短壽放射性核素成了新的輻射源。研究者在《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表報(bào)告稱，這些放射源生產(chǎn)重水的速度特別慢?？死锞S斯說：“在這種條件下，1000000年也產(chǎn)生不了多少重水。”

因此，克里維斯團(tuán)隊(duì)估計(jì)，現(xiàn)在地球上大約50%的水早在45億年前太陽誕生時(shí)就已經(jīng)存在了。星際介質(zhì)中的環(huán)境要比原行星盤的環(huán)境穩(wěn)定得多，因此很有可能到處都有水在等待行星的形成?？死锞S斯說：“我們發(fā)現(xiàn)的行星系數(shù)量不斷增加，使我們再次確定了水在宇宙中普遍存在的可能性?！?/p>

美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的天體物理學(xué)家凱倫·維拉西說：“這是一個(gè)非常有趣的結(jié)果。多年來我們一直在爭論冰是不是星際遺產(chǎn)。其他研究組試圖模擬星際介質(zhì)中的云形成行星系的過程，以弄清冰能否躲避星系形成過程而繼續(xù)存在，但是結(jié)果不盡一致。這個(gè)方法卻簡捷得多，只使用了大家熟悉的化學(xué)方法?！?/p>