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地球上的水，來自彗星嗎？(7P)
ISON正凝聚著地球上所有觀星者的目光。而距它的身姿消失于天際中僅僅不到一年，羅塞塔任務的“第一次彗星接觸”又為人們注入了一份新的期待。我們總是和這些從太陽系邊界遠道而來的大雪球有著說不完的故事。它們之于你，或許只是夜幕中一道亮麗的身姿，或許則蘊含著眾多你想知道的科學謎題的答案。千百年來，人們似乎都抱持著這樣的信念：這些拖著長尾巴划過天際的身影，跟我們之間似乎有著說不清的羈絆。http://cdn.songshuhui.net/wp-content/uploads/wpid-45TWL0kbKqDkf2i3BvxCBYMnYdr6RJxEOwF7vXHaMx2AAgAAwgEAAEpQ-2014-11-28-16-59.jpg【2013年10月8日，美國萊蒙山天文中心拍攝到的ISON彗星。圖片：Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona】就譬如昔日的科學向人們傳達出這樣一個故事——彗星是地球上水的來源。遙在38億年前的亙古時代，原始地球尚是一團熾熱致密的火球，那是生命根本無法存在的煉獄，然而，卻有無數的彗星划過重重天際，不遠万里造訪地球。這些宇宙的冰晶在地心引力的引導下融入大地，向地球注入充足的水分，從而為生命之章的開演，寫下必要的序言。故事很精彩，但科學家們發現的更多線索卻表明事情遠沒這麼簡單。彗星到底是不是大地之水的來源？還是這終歸是場美麗的誤會？地球上的水究竟有多少種可能的來源？這事儿，似乎需要好好商榷商榷。昔日的神話先來回顧一下原先的模型吧——為什麼人們會相信彗星是地球水分的來源呢？這還得從太陽系早期歷史說起。在太陽系誕生之前，我們這片宙域彌漫著某顆超新星爆發后殘留的的分子云遺骸，里面包含著大量的氣体、水（冰塵）以及固体顆粒。在悠久的時光中，星云中的某處發生了引力坍縮，當坍縮的幅度足以啟動氫的聚變時，便點燃了年輕的太陽。圍繞著這個引力源，原行星盤（Protoplanetary Disk）開始旋轉形成。常識告訴我們：越靠近太陽的地方溫度越高。在當時的原行星盤中，距太陽一個天文單位（Astronomical Unit，AU，即太陽-地球平均間距，約149,597,871 km）之內的水分都是無法穩定存在的。新生的太陽，將離它最近的內帶冰塵蒸發為了稀薄的水蒸汽，進而用猛烈的太陽風將它們和其他氣体組分一道吹向外側空間，直到溫度降至凝固點的地方才慢慢固結為冰塊就位下來，構成彌散于太陽系外帶的塵埃云。只剩下那些熔點又高、比重又大的物質——比如硅酸鹽、鐵鎳等滯留在靠近太陽的內帶。這些融不掉又吹不走的“釘子戶”在內帶頻繁地碰撞、粘結，最終如滾雪球般裹成一個個巨大的石頭疙瘩，形成了今天的水星、金星、火星，當然，還有我們的家——原始地球。http://cdn.songshuhui.net/wp-content/uploads/wpid-7aYHWLL8r-Tw8kVIaKeHKbwoAh5tfaCxmY6Gz4qsXBOAAgAAAAIAAEpQ-2014-11-28-16-59.jpg【原行星盤的藝术想象圖。圖片：NASA/JPL-Caltech/T. Pyle】由是可見，我們地球所在的太陽系內帶，打一開始就是岩石行星們的樂園，完全不是水這種沸點極低比重極輕的“小同學們”該呆的地方。按照太陽定下的“規矩”，水分理應大量分布在外帶，天生與內帶的岩石行星沒有緣分。火星，金星，水星，哪個不是干禿禿的死寂的世界？但怎奈理想很骨感，現實卻很豐滿——我們的確實實在在地生活在一個例外的星球上，這個星球上有著太過例外的水分。經過長期的研究，科學家們找到一個線索：似乎宇宙的某個時刻出現了某種契機，將這些早已飛得遠遠的水分又重新引渡回了內帶。解開謎題的關鍵其實並不遠，就在我們自己的衛星——月球上。自打成功登月以來，人類通過阿波羅任務采回了大量月岩樣本，其中包含著形成于撞擊事件中的岩石。雖然人們不遠万里取回這些月宮的寶貝並不是為了放在博物館里慶功的，但一開始確實也沒想那麼多。他們只是想測測這些岩石的年齡，看看每一個撞擊坑都是啥時候形成的。自量子世紀以降，人類便掌握了一種很神奇的“黑科技”——只要能夠在岩石中發現封閉性良好的同位素体系，便可以引用半衰期原理，用質譜儀測出這石頭形成的年齡。于是，當人們把算出的撞擊事件年齡投入時間坐標時，發現並非均勻地分布在每段時間軸上，而是異常集中于38億年這個界限左右。更直白地說便是：現在月亮上那些密密麻麻的隕石坑，絕大多數都是在38億年左右形成的，形成于其他時間的則非常少。http://cdn.songshuhui.net/wp-content/uploads/wpid-i2z5k3QfB2Ig67XeWrhOqK3l4gP9A-toANA6DEA6MTKAAgAAYAIAAEpQ-2014-11-28-16-59.jpg【月球表面密布的隕石坑，多是38億年前附近形成的。圖片：wikicommons/Gregory H. Revera】這無非表明咱們的月亮在38億年左右遭受過異常密集的高頻度隕石撞擊罷了，可這跟地球上的水又有什麼關系呢？請想一想這樣兩個很微妙的問題吧：一、這些撞過來的“彈幕”來自何方，或者說只能來自何方？二、由于月-地間距在整個太陽系尺度下根本不算個事儿，在一次事件中，如果有成千上万的隕石撞上一顆行星的小小衛星，它的母星能逃過嗎？在地球與行星科學所提供的實際數據基礎上，天体物理學家們完善了這個理論：38億年前的太陽系早期，剛誕生的巨行星們（類木行星）位置並不固定，它們還在晃晃悠悠地找地方就位。而在動量守恒這麼一條鐵律下，行星的頻繁變軌，必然伴隨著巨大的動量交換。巨行星稍微釋放出一點動量，就足以徹底改變彗星、小行星這類經不起折騰的渺小塵埃們的軌道，將其“彈飛”。于是，無數的小天体就被蕩進內帶了。這些重新飛進太陽系內帶的隕石和彗星無疑就是一顆顆的炸彈，朝內帶所有的岩石行星（類地行星）進行無差別的轟炸。至今，在那些地質作用近乎停滯的星球譬如水星和月球上，還清晰地保留著38億年前的這次“轟炸任務”的新鮮彈坑。這就是地球歷史的第二幕大事件——后期重轟炸（Late Heavy Bombardment，LHB）了。http://cdn.songshuhui.net/wp-content/uploads/wpid-AA-NxsUxGLzIWx6mD2QxZxjKxCT-7jxPi1AB_c9bgbyAAgAAXgEAAEpQ-2014-11-28-16-59.jpg【后期重轟炸可能讓地球捕獲了不少物質。圖片：NASA/JPL-Caltech】聰明人自然從這次確鑿地刻在月面的轟炸記錄中看出了些許端倪——撞入地球的天体中有無數的冰塊（彗星），不恰恰能夠解釋地球上巨大水儲量的來源嗎？這些水分一旦落入地球的引力圈內，便不容易被太陽風給趕走了。正好，38億年也是地球的熔融表層開始凝固為固態岩石的時代，于是，一個如同神話般的壯闊光景，便在科學的框架中清晰了起來：當時，全球熔融的熾熱地表，將無數彗星帶入地球的水分蒸發，富集在原始的大氣中。而隨著地表的冷卻，水分開始從大氣中凝固，全球尺度的無盡豪雨，從混沌的原始大氣中傾瀉而下，衝刷著地球新生的地表。天地終辟，洪荒始開，此世的第一次大洪水，創造出原始的大地與原始的海洋，未經多時，人們便在隨后的岩石記錄中找到了原核生物的遺跡。冥古宙落幕、太古宙開場，生命沐浴著年輕太陽那稀薄的光輝，在大洪水之后的伊甸園中，發出了它在這顆行星上的第一聲啼鳴。舊敘事的瓦解科學塑造出的故事固然一如神話般壯闊，但科學卻終究不是神話。只要有證據，再荒誕的故事也可以成全，再完備的故事可以瓦解。當新的證據如楔子般楔入那完美的敘事大廈時，傾頹，便只是一瞬間的事儿了。成也蕭何敗蕭何，挑戰依然來自同位素。但這次卻不是U-Pb、K-Ar、Re-Os、Rb-Sr這些用以給岩石測年的放射性同位素，而是身輕体穩的三兄弟：氫的三個穩定同位素，氕、氘、氚。眾所周知，同位素是指質子數相同而中子數不同的核素，質子的數目便是元素的身份證，它規定元素應該位于周期表的哪個位子里。而在質子數不變的基礎上，原子核內的中子數卻可以不同，它們共同占著周期表中的同一個位子，所以叫“同位素”。在氫的三種同位素中，普通氫（H，氕）是最簡單的，就是一個質子加一個圍著轉的電子。它的兩兄弟則相對復雜一點——分別多出一個（D，氘）或者兩個中子（T，氚）。同位素是“很慘”的，假比你是氘，比別的氫多了1個中子，那麼這就是你一生的檔案，是“階級烙印”。由于化學反應不改變原子核內的結構，因此只要不涉及“拆原子核”的核反應，無論你走到哪儿——無論身為游離氫，還是進入水分子、進入角閃石晶格、進入生物大分子的碳鏈……你都丟不掉它。http://cdn.songshuhui.net/wp-content/uploads/wpid-yTaFXOeiq2T0ObC8qUeWDFRlOwvFnL-3eBZHybzPASWAAgAAMQEAAEpQ-2014-11-28-16-59.jpg【氫的三種同位素：氕、氘和氚。圖片：wikicommons/Bruce Blaus】可為什麼氫同位素能指示地球水很可能並非來自彗星呢？這是因為，科學家們分別統計了地球水、以及三個著名的大彗星——哈雷（Halley）、百武（Hyakutake）和海爾波普（Hale-Bopp）的D/H比，結果發現彗星水的D/H比居然比地球水高出了兩倍多！由于同位素的化學性質一樣，在化學反應中不具有任何特殊性，帶來的結果便是：只要來自同一個初始來源，哪怕隨后分別進入不同系統中參與化學反應，其同位素的平均配分比大体也是不變的。眾所周知，水在地球上的循環以及與地球其他物質之間的作用顯然不涉及核反應，如果地球上的水全是彗星帶來的，那按說D/H比值應該一樣才對。所以，科學家們相信，兩者顯著的差異只能有一種解釋，那就是：彗星，其實並不是給地球“開門送水”的那個勤勞的快遞員。然后呢？然后沒有然后了麼？不，然后就太多然后了。彗星似乎被趕走了，但問題卻回來了。于是新一波證據推了過來。截止當下，人們對于地球水來源問題所持的觀點大体分為兩大類：自生說（Endogenous）和外源說（Exogenous）。自生說所持一個關鍵性證據是，在太陽系形成之前，星云遺骸中已然賦存著大量的水分子，這些水分子可能在原始地球形成中富集下來。但是模擬表明，類地行星在形成過程中很難直接把原行星盤里的氣態物質吸積為原始大氣。更關鍵的問題在于：自生說同樣要面對D/H比不一致的問題。科學家們通過木星和土星中的CH4推測出原始太陽系的D/H比，發現它們相較于地球水的比值又低太多了。所以，自生說其實出現了跟彗星同樣的問題，盡管其間也提出過諸如同位素分餾之類的補丁方案。但與其一堆問題上修修補補，多少不如自洽性相對更完善的外源說來得更為實在，這也是為何本文要大篇幅介紹LHB理論的原因了。持外源論的科學家們大体還是有一個共識的，就是后期重轟炸這個前提最好不要動。“錯”的只是彗星，從來都不是至今已經獲得了大量行星地質證據和天体物理模擬的LHB理論。彗星雖然靠不住了，但 “炸彈”里還有更多的岩石質小行星呢。它們落入地球，便是隕石。研究發現，碳質球粒隕石（Carbonaceous chondrites）是一種富含水分的物質，水的重量百分比甚至可達17%。更關鍵的是，這種隕石的D/H比與地球水非常一致，因此很快便成為當下關于地球水來源的優勢理論。http://cdn.songshuhui.net/wp-content/uploads/wpid-C2twAlOR6sO9j-GQaD9skL13Q4ewyHcCyMU47V9yvYGAAgAAqwEAAEpQ-2014-11-28-16-59.jpg 【已知最大的碳質球粒隕石——阿聯德隕石（Allende meteorite）的切片。圖片：wikicommons/Matteo Chinellato】除了在地表尋找碳質球粒隕石之外，人們也打起了在小行星帶里運行得好好的那些小天体的主意。這不，最近科學家們只要在小行星帶上發現一點水分，就總覺得它們很可能隱藏著解開水之源的奧秘。在名字全是數字的無數不起眼小行星上找到一點同位素比值相近的水多少不是難事儿，可根據上個月底的最新報道，連灶神星（Vesta）這樣的天体上似乎也出現了人們感興趣的東西。故事還在繼續，甚至彗星說也大有死灰復燃之勢——有人終究發出了這樣的聲音：畢竟我們至今測的僅僅是三個彗星的D/H比，它們能代表整個奧爾特云的全部冰塊儿嗎？用區區3個彗星便將所有的彗星來源徹底打入冷宮，或許真的顯得太武斷了些。所以，羅塞塔任務的存在便瞬間顯得重要了起來。連歐空局為羅塞塔所做的視頻“硬廣”里，“水”也是那個揮之不去的主題詞。http://cdn.songshuhui.net/wp-content/uploads/wpid-mTzKqZC3WF0IDfmpM9h7MAaPpBPIAMFlWSMvYzEm0beAAgAA4AEAAEpQ-2014-11-28-16-59.jpg【羅塞塔與菲萊的藝术想象圖。圖片：ESA–C. Carreau/ATG medialab】從某種意義上說，這“一大步”雖然已經邁出，但似乎還有待于徹底踩扎實。羅塞塔和菲萊，以及所有准備打彗星主意打小行星主意或者打別的宇宙物件主意的人們，我們能否最終跨出這通向起源的一大步？將來，還真得看你們的了。嘛，只要別字面意義地在著陸時彈飛一大步就行……總結：隨著對太陽系早起演化史研究的完善，人們曾經根據后期重轟炸理論認為彗星是地球水分的來源，但由于彗星和地球水的氫同位素比值不一致，因此遭到重大質疑。截止目前，關于地球水起源的假說主要分為自生說和外源說。最主流的認識依然是在后期重轟炸的理論框架內展開，碳質球粒隕石被認為是目前證據鏈最充分的可能來源。此外，也有部分人認為現今所測得的彗星同位素數據量並不足以囊括所有奧爾特云內的冰質天体，因此並不能徹底排除彗星是地球水分來源的可能性。...<div class='locked'><em>瀏覽完整內容，請先 <a href='member.php?mod=register'>註冊</a> 或 <a href='javascript:;' onclick="lsSubmit()">登入會員</a></em></div><div></div> 或許地球上的大部份資源包括水等等..都來自外星或慧星撞擊後所殘留的 我想重點在於，彗星會撞擊所有行星以及衛星，但為何只有地球能夠保留大量的水? 因為引力和大氣, 使得撞擊後的水難以輕易的離開地表...
水氣無法離開, 接觸到溫度夠低的地表凝結, 就更難離開了 不知道有多少彗星撞擊才讓地球有這麼多的水？
不過，人類在地球歷史只有短短一篇，彗星撞擊應該是累積很多次的<br><br><br><br><br><div></div>
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