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水究竟是从哪来的?要从宇宙起源说起

2019-10-09 09:48:51  来源:新浪科技

你有没有想过,瀑布中奔腾而下的水究竟从何而来呢?

你有没有想过,瀑布中奔腾而下的水究竟从何而来呢?

北京时间10月9日消息,据国外媒体报道,水可谓无处不在,雨雪冰霜,江河湖海……我们身边四处可见水的身影,但很少有人会问“水究竟从何而来”。而这个问题的答案也十分复杂,恐怕要一直追溯到宇宙起源时期。

在宇宙大爆炸刚刚发生时,质子、中子和电子都在高达100亿度的高温下挤成一团。利用这些基本构件,仅仅过了数分钟,氢原子和氦原子这两种轻元素便开始成形,这一过程名叫“核合成”。较重的元素则出现得较晚一些,由轻元素在恒星内部和超新星爆炸期间的核聚变合成。随着时间的流逝,恒星中诞生的重元素越来越多,包括氧在内的各种元素被源源不断地送入太空之中,与更轻的元素相互混合。

当然,氢气分子和氧气分子的形成与后续水的形成完全是两码事。因为就算氢气分子和氧气分子混合在了一起,也需要能量的激发才能变成水。这是一个十分激烈的反应过程,目前科学家仍未找到在地球上安全合成水的方法。

那么,地球上覆盖的江河湖海又是从何而来的呢?科学家还不清楚答案,不过已经提出了一些设想。其中一种理论认为,大约40亿年前,地球表面曾遭到过成百上千万颗小行星和彗星的轰击。看看月球表面密密麻麻的环形山,你就能大概想象出地球当时是什么情况了。而该理论称,击中地球的这些小行星和彗星并不是普通的岩石,而是一种类似“海绵”的东西,里面储存的水分在撞击地表之后便释放到了地球上。

虽然天文学家已经证实,小行星和彗星中的确存在水分,但该理论还是遭到了部分科学家的质疑:地球海洋中的水量如此庞大,光凭小行星和彗星撞击也许无法提供足够多的水。此外研究人员还发现,海尔·波普彗星中所含的重水(即由一个氢原子、一个氘原子和一个氧原子构成的水分子)远比地球海洋中多得多,这说明要么撞击地球的彗星与小行星和海尔·波普彗星大相径庭,要么地球上的普通水(即由两个氢原子和一个氧原子构成的水分子)另有来源。

而就在不久前,前一种猜想或许得到了天文学家的证实。利用同温层红外线天文台(SOFIA),天文学家发现,当维尔塔宁彗星去年12月到达近日点时,向太空中排放的水蒸气“与海水成分非常类似”。

维尔塔宁彗星是一颗“超活跃彗星”,该类型彗星会向太空中排放更多水蒸气。研究人员通过比较蒸汽中普通水和重水的比例得出了这一结论。地球海洋中的重水和普通水有着一定的比例,而维尔塔宁彗星上两种水的比例似乎与地球相同。由于地球大气会造成阻碍,我们无法从地球上观察红外光波长,只能利用太空望远镜和位于大气上层的同温层红外线天文台对彗星开展可靠观测。

还有一种理论认为,地球曾在青年时期受到过太阳内部形成的氧等重元素的“轰炸”,而这些氧元素借助一种名叫“脱气”的过程、与地球释放的氢气等气体相结合,逐渐形成了地球上的海洋和大气。

而一组日本科学家又提出了另一种理论,称地表也许曾经被一层厚厚的氢气所覆盖,并逐渐与地壳中的氧化物发生相互作用,最终形成了海洋。

2017年的一次计算机模拟则为部分地表水的来源提出了另一种解释,认为水可能是在地幔深处形成的,最终随着地震来到了地表。

综上所述,尽管我们还无法完全确定地球上的水究竟从何而来,但至少该为这个结果感到庆幸。(叶子)

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