作者:L. Ilsedore Cleeves 来源:《科学》 发布时间:2014/9/29 21:42:01
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地球水或比太阳还古老
海洋中三到五成水源自恒星形成前

 

地球上的水可能比太阳还古老。图片来源:ASA

一项新研究表明,地球海洋中至少有一半的水可能比太阳还要古老。

通过重建太阳系形成之初的气体与尘埃盘,科学家推断,地球以及其他行星一定从在46亿年前形成太阳的气体云那里继承了大量的水,而不是在后期形成的全部的水。研究人员表示,这些星际间的水同时也存在于其他恒星系统,甚至与地球类似的行星的形成过程中。

形成恒星的致密星际间气体和尘埃云包含有大量以冰的形式存在的水。当一颗恒星第一次被点亮后,它会加热周围的云团并以辐射的形式向外散播,同时蒸发冰体,并将一些水分子分解为氧和氢。

迄今为止,研究人员尚不清楚这些“古老”的水中到底有多少在这一过程后幸存下来。如果大部分的原始水分子被分解,那么早期的太阳系将不得不重新形成水。但是领导这项新研究的美国安阿伯市密歇根大学天体化学家Ilsedore Cleeves指出,可能只有在太阳系中才会发生这一切,而其他许多恒星系统中或许还是干燥的。

Cleeves说,如果有一些水能够在恒星形成过程中存留下来,并且如果太阳系的例子很典型,那么这意味着水“在行星形成过程中将是一个可用的普通物质”。

为了找到问题的答案,Cleeves和她的同事模拟了太阳形成后不久的景象。研究人员估算了太阳系遭遇的来自年轻恒星和外层空间的辐射数量,以及这些辐射能够穿越云团的厚度。

这些条件决定了氢气和氧气如何形成新的水分子,特别是除了通常单一质子以外的包含氘(氢的一种同位素,原子核包含一个中子)的分子的形成几率。该模型预测,含有氘的水(即所谓的重水)的丰度要低于今天太阳系中的重水丰度。

然而与目前的太阳系相比,正在形成像太阳这样的恒星的星际云却比前者拥有更高比例的重水。这是因为这些云团遭受了宇宙射线的连续轰击,从而倾向于形成包含氘的水。因此,作者推断,年轻太阳的辐射不足以解释太阳系今天所看到的重水数量,并且其中一些重水必定是之前便已存在的。研究人员估计,地球海洋中大约30%到50%的水必定比太阳还要古老。

研究人员解释说,如果水是在寒冷的星际介质环境中形成,则氘对氢的丰度比会比较高,最高可达1%左右;而如果是在太阳系形成时的较热环境中形成,那么氘对氢的丰度比会较低,趋近于大约0.002%,但彗星、行星、陨石及地球海洋的实际观测值一般介于这两个极端之间,比如地球海洋中两者丰度比是0.016%。

Cleeves说:“如果太阳形成后无法满足这一切,这意味着我们必定从诞生太阳的环境中继承了一定水平的富含氘的星际冰体。”

研究人员在9月25日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。

荷兰莱顿天文台天体化学家Ewine van Dishoeck认为,这项研究的结论基于很好的参数但依然仅限于理论上。她强调,明年将有望证明这一切,届时位于智利阿塔卡玛沙漠中的射电望远镜——阿塔卡玛大型毫米阵列望远镜将开始研究原行星盘中的重水比例背后的化学过程。

但法国格勒诺布尔市行星学与天体物理学研究所天文学家Cecilia Ceccarelli表示,即使典型的恒星系统的形成并没有摧毁所有之前存在的水,但这也并不意味着已经湿透的行星会遍布整个宇宙。金星和水星并没有水,而火星似乎也失去了其曾拥有的大部分水(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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