水比太陽更古老，外星生命大有可能 | 科學人 | 果殼網 科技有意思

新的研究證明，地球上至少有相當一部分水，形成於星際空間，可以追溯到太陽形成之前。這也意味著，太陽系外的其他行星也會在含有大量水的環境中形成，意味著生命在銀河系中遍地開花的前景相當樂觀。圖片來源：阿五，夜空中國

水是地球上生命起源的關鍵物質，對於評估其他行星上是否可能存在生命也相當重要。確定地球上水的最初來源，是了解養育生命的環境如何形成的關鍵，也是了解其他地方有多大可能性找到類似環境的關鍵。一項新的研究發現，我們太陽系中有許多水，很可能起源於星際空間中形成的冰。他們的研究論文9月25日發表在《科學》（Science）雜誌上。

在我們的太陽系中，水可以說是無處不在。不只地球上有水，那些冰質彗星和衛星上也有水，甚至連水星上永遠曬不到陽光的陰影盆地中也有水冰的存在。水還存在於來自隕石、月球和火星的礦物樣本之中。尤其是彗星和小行星，由於本身就較為原始，它們為我們太陽系早期的環境提供了天然的「時間膠囊」。

在太陽尚處在幼年時，它被一個原行星盤所包圍，也就是所謂的「太陽星雲」（solar nebula），行星便在其中誕生。但是，科學家此前一直不太清楚，太陽星雲中的冰，到底來源於太陽形成之前的星際分子雲，還是在太陽形成的過程中全部被破壞然後又通過化學反應重新形成的。

「為什麼這個問題很重要？如果早期太陽系裡的水是從星際空間直接繼承過來的原始物質，那麼類似的水冰，以及它們所包含的前生命有機物質，就很有可能大量存在於大多數甚至全部正在形成的恆星周圍的原行星盤中。」美國卡內基學院參與了這項研究的科內爾·亞歷山大（Conel Alexander）解釋說，「然而，如果早期太陽系裡的水主要來自於太陽誕生時發生的化學反應，那麼在不同的正在行成的行星系統中，水的含量就可能千差萬別，這顯然會對太陽系外其他地方湧現出生命的可能性產生影響。」

這個科研團隊在研究太陽系水冰的歷史時，重點關注了氫和它的重同位素氘。同位素是同一種元素的不同原子，擁有相同數目的質子，但中子數目不同。質量上的差異使得同位素在參與化學反應時出現細微的性質差異。因此，水分子中氫和氘的比率能夠告訴科學家，這些水分子形成時處在怎樣的環境當中。

舉例來說，星際空間的水冰，氘氫比率就會較高，因為它們形成於極低的溫度。但沒有人知道，在太陽誕生的化學反應中有多少這種富含氘的水會被破壞掉，也沒有人知道，新生太陽系有多大的能力自己產生富含氘的水冰——直到現在。

地球上至少有一部分水，在太陽形成之前就已經形成。這張示意圖描繪了水在太陽系形成歷史中的演變。圖片來源：Bill Saxton, NSF/AUI/NRAO

這個研究團隊建立了模型來模擬原行星盤，其中來自星際空間水冰中的所有氘原子都已經被化學反應清除了，因此這個系統不得不從頭開始，在長達100萬年的模擬時間中，自行生產出含氘的水冰。研究團隊之所以這樣做，是為了弄清楚這樣一個行星系統能不能產生出我們在隕石樣本、地球的海水和「時間膠囊」彗星中看到的那種氘氫比率。結果發現，他們的模型沒辦法做到這一點——這意味著，我們的太陽系中至少有一部分水起源於星際空間，可以追溯到太陽誕生之前。

亞歷山大說，「我們的發現證明，太陽系中相當一部分水要比太陽更加古老。這意味著大量富含有機物的星際水冰，應該存在於所有年輕的行星系統之中。」

英國埃克塞特大學物理及天文學系的姆·哈里斯（Tim Harries）教授也參加了這項研究。他說：「在尋找其他行星上是否存在生命的征途上，這是向前邁進的重要一步。通過辨別地球上水的遠古起源，我們能夠了解太陽系的形成過程並不獨特，太陽系外的行星也會在含有大量水的環境中形成。因此，這項研究提出了這樣一種可能性：某些外星行星上很可能擁有適宜的環境，有水資源存在，讓生命得以演化。」

該研究的第一作者、美國密歇根大學的博士研究生伊塞多爾·克利夫斯（Ilsedore Cleeves）說，「這些發現暗示，太陽系裡的水至少有一部分是從太陽誕生的環境中繼承下來的，因此要比太陽本身還要更加古老。如果太陽系的形成稱得上典型的話，這意味著水在所有行星系統的形成過程中都是一種常見的原料。」

克利夫斯還表示，「到目前為止，開普勒衛星已經發現了近1000顆得到證實的太陽系外行星。行星形成過程中水的廣泛存在，表明銀河系中生命遍地開花，前景相當樂觀。」（編輯：Steed）

編譯來源 英國埃克塞特大學官網，Heritage of Earth"s water gives rise to hopes of life on other planets；美國卡內基學院官網，Earth"s water is older than the sun

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