日本太空探测器收集的丝川小行星样本表明,地球上的水可能来自于太阳。
一项新的研究表明,这些水可能以尘埃颗粒的形式降落在刚刚起步的地球上,这些尘埃颗粒是太阳风(来自太阳的带电粒子流)与太阳系中的各种天体相互作用产生的。
英国格拉斯哥大学的行星科学家、新论文的第一作者卢克·戴利在一份声明中说:“太阳风主要氢离子和氦离子流,它们不断地从太阳流向太空。”“当这些氢离子击中一个非气态的表面,比如小行星或太空尘埃颗粒,它们会穿透表面以下几十纳米(1英寸有2450万纳米),它们会影响那里岩石的化学成分。”
戴利补充说,随着时间的推移,氢离子的空间风化作用可以让岩石中的物质中喷射出足够多的氧原子,从而产生水,并且一直被锁在小行星内。
这一机制可能是解释地球上水的丰富和化学成分的缺失环节,这长期以来一直让科学家们感到困惑。地球表面有70%被水覆盖。这比太阳系中的任何其他行星都要多。但现有的理论都不能完全解释这一切。一种主要观点认为,富含碳的小行星,大约在46亿年前撞击了年轻的地球,将这些水送到了地球上。
但对被称为碳质球粒陨石(富含碳的小行星)的详细化学分析表明,它们内部的水与地球水的化学指纹并不完全匹配。
同位素组成的这种差异使研究人员相信,地球上的水至少还有一个额外的来源。同位素是化学元素的一种形式,其不同之处在于它们所包含的不带电中子的数量。碳质球粒陨石往往含有含有更多氘的水,氘是氢的一种形式,只有一个中子,而地球上的氢主要是一种更轻的形式,称为氕,没有中子。
为了寻找地球上的额外水源,研究小组使用一种名为原子探针层析成像的新技术,分析了一颗富含硅氧化物的岩石型小行星。利用这种技术,研究人员测量了这些颗粒的原子结构,检测单个水分子。这项研究中分析的样本来自于丝川小行星,这颗著名小行星的碎片曾在2010年被日本隼鸟号探测器送到地球。
“这种技术让我们能够详细观察小行星碎片表面的前50纳米左右,这颗小行星绕太阳运行的周期是18个月。”澳大利亚科廷大学空间科学和技术中心主任、这项新研究的共同作者菲尔·布兰德在声明中说。“我们看到这块被太空风化的边缘碎片含有足够的水,如果我们把它放大,每立方米的含水量可达约20升。”
布兰德补充说,相较于富含碳的小行星,丝川小行星这颗富含硅的小行星和太阳风相互作用产生的粒子含有更多更轻形式的氢。
布兰德说:“这有力地表明,数十亿年前被太阳风撞击并吸入形成地球的细粒尘埃,可能是地球最初水的来源。”
但这项研究不仅仅是关于地球的。研究人员在声明中说,这些发现还表明,水可能被锁在许多太空物体的表面岩石中,包括月球和小行星。如果是这样,这对人类未来的深空探索可能是个好消息,因为必要的补给可能比科学家担心的更容易找到。
夏威夷大学马诺亚分校的地球物理学家,同时也是该论文的共同作者Hope Ishii在声明中说:“未来人类太空探索的问题之一是宇航员在不携带水的情况下,如何找到足够的水来维持他们的生命并完成他们的任务。”
她补充说:“我们认为有理由假设,在许多没有空气的星球上,产生水的空间风化过程在某种程度上也会发生。”“这可能意味着太空探险者很可能直接从火星表面的尘埃中获得水。”
这篇研究论文近日发表在《自然天文学》杂志上。
(独家编译:科幻世界)
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