远古太空水云可能充满了地球的海洋

水是生命不可或缺的成分，但地球上或任何其他星球上的水的起源一直是个谜。地球上的大部分水是在早期地球从围绕年轻太阳运转的物质中凝聚而成时形成的吗？还是后来彗星和小行星撞击地球，才将水带到地表？这些水最初是从哪里来的？

3 月 7 日发表在《自然》杂志上的一项研究 为支持有关水的最终起源的理论提供了新证据，即水的起源早于太阳和太阳系，是随着时间的推移在恒星之间巨大的气体和尘埃云中缓慢形成的。

“我们现在清楚地知道了水的演化与恒星形成之间的联系。实际上，水似乎是直接遗传的，可以追溯到恒星形成之前的寒冷星际介质，”美国国家射电天文台研究恒星形成的天文学家、论文的主要作者约翰·托宾 (John Tobin) 说道。水没有发生变化，而是从原行星盘中吸收而来。原行星盘是一层致密的圆形尘埃和气体层，在围绕新生恒星的轨道上形成，行星和彗星等小天体就是从这里诞生的。托宾表示，水“相对不变”地被吸入彗星。

天文学家提出了太阳系中水的不同起源理论。托宾说，在热星云理论中，围绕新生恒星的原行星盘中的热量会分解水和其他分子，当物质开始冷却时，这些分子会重新形成。

托宾认为，该理论的问题在于，当原行星盘中水在相对温暖的温度下出现时，它看起来不会像彗星和小行星上的水。我们知道那些分子是什么样子的：太空岩石，如小行星和彗星，充当时间胶囊，保存着早期太阳系的物质状态。具体来说，原行星盘中形成的水​​没有足够的氘——氘是一种氢同位素，其原子核中含有一个中子和一个质子，而不是像典型的氢那样只有一个质子。

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热星云理论的另一种解释是，水在星际介质中巨大云层中的尘埃颗粒表面以低温形成。这种低温改变了水形成的动力学，因此更多的氘取代了 H ₂ O 分子中典型的氢原子，更接近于小行星和彗星中看到的氢氘比。

“尘埃颗粒表面是唯一可以有效形成大量含氘水的地方，”托宾说，“其他用氘和气体形成水的途径根本行不通。”

虽然这种解释在理论上是可行的，但新论文是科学家首次发现证据证明星际介质中的水可以在原行星盘形成过程中承受强烈的热量。

研究人员利用欧洲南方天文台位于智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列射电望远镜，观察了猎户座年轻恒星 V883 猎户座周围的原行星盘，该恒星距离地球约 1,300 光年。

此类射电望远镜可以探测到气相水分子的信号。但在靠近年轻恒星的原行星盘中发现的致密尘埃通常会将水变成冰，而冰会以望远镜无法观察到的方式粘附在颗粒上。

但 V883 Orionis 并不是一颗典型的年轻恒星——由于原行星盘上的物质落到恒星上，它的亮度比平时更高。这种强度的增加使比平时更远的尘埃颗粒上的冰变暖，使 Tobin 和他的同事能够探测到盘中富含氘的水的信号。

“这就是为什么能够观察这个特殊的系统并直接确认水的成分是独一无二的，”托宾解释说。“这种水平的氘的标记为你提供了确凿的证据。”这表明，从分子水平上讲，地球的海洋和河流比太阳本身还要古老。

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托宾补充道：“我们显然希望对更多系统进行同样的研究，以确保这并非偶然。”例如，在行星、彗星和小行星在原行星盘中碰撞时，水的化学性质可能会在它们发展过程中发生某种改变。

但作为一名研究恒星形成的天文学家，托宾已经在脑海中想好了一些后续候选者。“猎户座恒星形成区还有其他几个不错的候选者，”他说。“你只需要找到一个周围有圆盘的东西。”