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地球是如何获得水的? 小行星样本给出了一个令人惊讶的答案

发布于2019年5月4日上午8:30
更新时间:2019年5月4日上午8:30

ASTEROID。被称为“S型”的小行星含有比我们想象的更多的水。 Oliver Denker / Shuttestock

ASTEROID。 被称为“S型”的小行星含有比我们想象的更多的水。 Oliver Denker / Shuttestock

水对地球上的生命至关重要,是我们最珍贵的自然资源之一。 但考虑到我们的星球如何形成,我们仍然拥有多少水是非常令人惊讶的。 地球从一团气体和尘埃中聚集 - 一颗 - 在最初的几百万年里一直是炽热的。 它的表面因彗星和小行星的撞击而保持熔化状态。 通过重力加热和放射性同位素的衰变,地球的内部也(并且仍然)保持液态。

这意味着如果地球上有任何初始水(和有机化合物),它应该很快就会沸腾。 那么今天我们这个星球上有多少水 - 它究竟来自哪里呢? 一项令人惊讶的新研究表明,一种我们认为不含水的小行星可能是负责任的 - 同时证明太阳系可能比以前认为的要湿润得多。

科学家们长期以来一直在争论 。 一种理论认为,它可能是从与之相撞的小行星和彗星中捕获的。 另一个人争辩说,水一直存在于地幔的岩石中,并通过火山逐渐释放到地表。

抓获。丝川。 NASA / JPL

抓获。 丝川。 NASA / JPL

由于日本的我们现在有了新的证据。 该航天器于2010年带回了从小行星表面回收的珍贵货物。这项研究背后的研究人员能够分析两种谷物的含水量。 他们使用了一种称为的精密工具包,用一束离子(带电原子)轰击样品,以探测其表面的成分。

实验并不容易 - 谷物很小,不到40微米(百万分之一米),每粒都是由几种不同的矿物质组成。 离子微探针必须聚焦在每个谷物中的一种特定矿物质上,以便作者可以收集所需的数据。 他们分析的矿物种类是含有铁和镁的硅酸盐,称为 ,几乎完全不含钙。

这类物质通常与水无关 - 实际上,它被视为 。 辉石晶体的晶格不含有水分子的空位,就像例如粘土矿物一样 - 因此其结构不一定有助于吸收水分。 然而,作者使用的技术的敏感性使他们能够检测和测量微量的水。

结果令人惊讶:谷物含有高达百万分之1000的水。 知道Itokawa的成分后,研究人员可以估算出整个小行星的含水量,该含量可以转化为百万分之160到510之间的水。 这比预期的要多 - 对两个相似物体(也是小行星)的发现,其中一个含有30个,另外300个含有百万分之三的水。

不太可能来源

水由氢和氧制成。 但这些元素以不同的同位素形式出现 - 这意味着它们的原子核中可以有不同数量的中子(中子是与质子一起组成核的粒子)。 研究人员研究了水的氢同位素组成,并发现它与地球的氢同位素组成非常接近,这表明地球上的水与隼鸟谷的水具有相同的来源。

结果提出了几个有趣的问题,第一个问题是如何在名义上无水的矿物质中产生如此多的水? 作者提出,在它们形成过程中,谷物从原行星盘中吸收氢气,在太阳星云的高温和高压下,它与矿物中的氧气结合产生水。

样本。原始形态的两个研究Itokawa颗粒。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA),由Z. Jin编辑

样本。 原始形态的两个研究Itokawa颗粒。 日本宇宙航空研究开发机构(JAXA),由Z. Jin编辑

到目前为止,这么合理。 但水怎么可能留在矿物中呢? 它们毕竟来自一个S型小行星 - 一个形成于太阳系内部和较热部分的小行星。 Itokawa具有复杂的热变质和碰撞历史,温度至少高达900°C。 但研究人员使用计算机模型来预测这些过程中会损失多少水 - 结果却不到总量的10%。

地球的水

但是这一切与什么关系呢? 研究人员推测,在谷物从原行星盘上吸收水分之后,这些矿物质会聚集并粘在一起形成鹅卵石,最终形成更大的物体,如小行星。

如果这种机制适用于小行星,它也可能适用于地球 - 也许它的原始水来自这些矿物质,它们聚集在一起形成地球。 虽然在地球早期的历史中水已经消失,但在大量的S型小行星碰撞期间又被水添加 - 正如地球和Itokawa之间氢同位素组成的相似性所暗示的那样。

这种对旧问题的新观察 - 地球水的起源 - 产生了一个令人惊讶的结论,这表明大量的太阳系内部小行星可能含有比实现的更多的水。

因此,虽然太阳系中到处都是水,但它隐藏在矿物质中的事实意味着并不总是有饮料掉落。 对话

对话

- 对话| Rappler.com

是行星与空间科学 。

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