外星生命可能性 水的历史比太阳系更遥远

伤我心太深

新的研究证明，地球上至少有相当一部分水，形成于星际空间，可以追溯到太阳形成之前。这也意味着，太阳系外的其他行星也会在含有大量水的环境中形成，意味着生命在银河系中遍地开花的前景相当乐观。图片来源：阿五，夜空中国

水是地球上生命起源的关键物质，对于评估其他行星上是否可能存在生命也相当重要。确定地球上水的最初来源，是了解养育生命的环境如何形成的关键，也是了解其他地方有多大可能性找到类似环境的关键。一项新的研究发现，我们太阳系中有许多水，很可能起源于星际空间中形成的冰。他们的研究论文9月25日发表在《科学》（Science）杂志上。

在我们的太阳系中，水可以说是无处不在。不只地球上有水，那些冰质彗星和卫星上也有水，甚至连水星上永远晒不到阳光的阴影盆地中也有水冰的存在。水还存在于来自陨石、月球和火星的矿物样本之中。尤其是彗星和小行星，由于本身就较为原始，它们为我们太阳系早期的环境提供了天然的“时间胶囊”。

在太阳尚处在幼年时，它被一个原行星盘所包围，也就是所谓的“太阳星云”（solar nebula），行星便在其中诞生。但是，科学家此前一直不太清楚，太阳星云中的冰，到底来源于太阳形成之前的星际分子云，还是在太阳形成的过程中全部被破坏然后又通过化学反应重新形成的。

“为什么这个问题很重要？如果早期太阳系里的水是从星际空间直接继承过来的原始物质，那么类似的水冰，以及它们所包含的前生命有机物质，就很有可能大量存在于大多数甚至全部正在形成的恒星周围的原行星盘中。”美国卡内基学院参与了这项研究的科内尔·亚历山大（Conel Alexander）解释说，“然而，如果早期太阳系里的水主要来自于太阳诞生时发生的化学反应，那么在不同的正在行成的行星系统中，水的含量就可能千差万别，这显然会对太阳系外其他地方涌现出生命的可能性产生影响。”

这个科研团队在研究太阳系水冰的历史时，重点关注了氢和它的重同位素氘。同位素是同一种元素的不同原子，拥有相同数目的质子，但中子数目不同。质量上的差异使得同位素在参与化学反应时出现细微的性质差异。因此，水分子中氢和氘的比率能够告诉科学家，这些水分子形成时处在怎样的环境当中。

举例来说，星际空间的水冰，氘氢比率就会较高，因为它们形成于极低的温度。但没有人知道，在太阳诞生的化学反应中有多少这种富含氘的水会被破坏掉，也没有人知道，新生太阳系有多大的能力自己产生富含氘的水冰——直到现在。

地球上至少有一部分水，在太阳形成之前就已经形成。这张示意图描绘了水在太阳系形成历史中的演变。图片来源：Bill Saxton, NSF/AUI/NRAO

这个研究团队建立了模型来模拟原行星盘，其中来自星际空间水冰中的所有氘原子都已经被化学反应清除了，因此这个系统不得不从头开始，在长达100万年的模拟时间中，自行生产出含氘的水冰。研究团队之所以这样做，是为了弄清楚这样一个行星系统能不能产生出我们在陨石样本、地球的海水和“时间胶囊”彗星中看到的那种氘氢比率。结果发现，他们的模型没办法做到这一点——这意味着，我们的太阳系中至少有一部分水起源于星际空间，可以追溯到太阳诞生之前。

亚历山大说，“我们的发现证明，太阳系中相当一部分水要比太阳更加古老。这意味着大量富含有机物的星际水冰，应该存在于所有年轻的行星系统之中。”

英国埃克塞特大学物理及天文学系的姆·哈里斯（Tim Harries）教授也参加了这项研究。他说：“在寻找其他行星上是否存在生命的征途上，这是向前迈进的重要一步。通过辨别地球上水的远古起源，我们能够了解太阳系的形成过程并不独特，太阳系外的行星也会在含有大量水的环境中形成。因此，这项研究提出了这样一种可能性：某些外星行星上很可能拥有适宜的环境，有水资源存在，让生命得以演化。”

该研究的第一作者、美国密歇根大学的博士研究生伊塞多尔·克利夫斯（Ilsedore Cleeves）说，“这些发现暗示，太阳系里的水至少有一部分是从太阳诞生的环境中继承下来的，因此要比太阳本身还要更加古老。如果太阳系的形成称得上典型的话，这意味着水在所有行星系统的形成过程中都是一种常见的原料。”

克利夫斯还表示，“到目前为止，开普勒卫星已经发现了近1000颗得到证实的太阳系外行星。行星形成过程中水的广泛存在，表明银河系中生命遍地开花，前景相当乐观。”