“罗塞塔”发现：地球水可能并非主要源自彗星

对彗星水比例的首次分析

欧洲空间局的“罗塞塔”探测器发现，它探测的彗星上所产生的水蒸汽与地球上的明显不同。这一发现使我们对地球海洋起源的争论越发厉害。

这一分析是探测器8月6日到达67P/Churyumov–Gerasimenko彗星之后一个月做出的。在该次任务中，此项分析是优先考虑的项目之一，因为地球上水的起源是一个悬而未决的谜。

11月20日拍摄的彗星 – 由“罗塞塔”导航相机拍摄

按照目前最具支配地位的地球形成理论之一，地球在大约46亿年前刚刚诞生后不久，是处于炽热状态中的。原有的水会被彻底蒸发掉。但是今天地球表面的三分之二覆盖着水，所以问题就来了：这些水又是从哪里来的？

根据这一理论的设定，这些水是在我们的行星冷却后，才被传送到地球上的，它们的最大可能来源是彗星、小行星的碰撞。而对于这些大小各异的天体究竟给地球贡献了多少水，人们仍然争论不休。

要确定水起源于何处，可以先尝一尝它的“味道”——分析水中“氘”的含量。氘是氢的一种同位素，它拥有两个中子。

氘的含量，是太阳系形成和早期演化的重要指标。理论模拟表明，它的含量会随着与太阳距离的变化而变化，也会在最初几百万年中随着时间的推移而变化。

因此首要的目标，在于将在不同类型天体上测得的氘含量值，与在地球海洋里所测得的值作比较，来确定这些不同类型的天体，究竟给地球贡献了多少水。

彗星是一种独一无二、可以用来探测早期太阳系的工具：它们在行星形成后，把原行星盘的物质保留了下来，因此可以反映出来自它们诞生地的原始成份。

柯伊伯带和奥尔特云对比

感谢早期太阳系的动荡，那不是一个简单的过程。来自遥远奥尔特云的长周期彗星形成于天王星-海王星区域，它们与太阳的距离足够遥远，使得水冰得以幸存。而此后在气体巨行星带来的引力互动之下，它们被散布到了遥远的太阳系外围。

相反的是，那些木星族的彗星，比如罗塞塔的探测对象，它们的诞生地更为遥远，远在海王星外侧的柯伊伯带。但这些天体偶而会被引力扰动，从而进入内太阳系，在那里它们的轨道会被木星的引力影响所控制。

事实上，罗塞塔的目标彗星现在轨道距离太阳最近处位于地球和火星之间，最远处也仅在木星之外一点点。它的公转周期大约是6.5年。

氘/氢比例在太阳系内的分布

早先对其它彗星氘/氢比例的分析结果并不集中。人类已经对11颗彗星做过分析，而只有木族彗星103P/Hartley 2上水的成份与地球水相符。那次分析是由欧空局的赫歇尔计划在2011年作出的。

与之相比，来自小行星带小行星的陨石中的水成份却与地球水相同。因此，尽管小行星的水含量要低得多，假如它们大量地砸在地球上，那也足以形成海洋。

正是在这样的背景下，罗塞塔的探测显得特别重要。有意思的是，罗塞塔轨道器离子中子分析谱仪所做的分析结果表明，这颗彗星上氘/氢比例比地球海洋，以及它的木族同伴Hartley 2彗星都高出三倍。这一比例甚至高于至今为止所有奥尔特云彗星的分析结果。

该项任务的主研究员Kathrin Altwegg本周在《自然》杂志上发表了这一结果，他说：“这一令人吃惊的发现，表明了木族彗星起源的多样性——它们也许起源于早期太阳系的更大距离范围之内，这一范围比我们之前所认为的要广的多。”

“我们的这一发现同时也排除了认为只有木族彗星含有与地球相似水的观点，并且在理论模型中提高了小行星的地位，它们成为地球海洋水主要来源的可能性更高了。”

欧空局罗塞塔项目科学家Matt Taylor则表示：“罗塞塔的彗星分析总会把有关太阳系科学大局的惊喜丢给我们，而这一壮举显然也会让人们对地球上水的起源继续争论不休。”

“在接下去的一年时间里，罗塞塔还将继续和这颗彗星一起围绕着太阳运行，我们将更仔细地观察这颗彗星的演化及其行为方式，它会给我们带来对这个神秘彗星世界的独特认识，并有助于我们更好地了解太阳系的演化过程。”

来源：ESA
翻译：老孙