當地球最初形成時，它太熱而無法保留冰。這意味著我們星球上的所有水都必須來自外星來源。
對古代陸地岩石的研究表明，早在太陽形成後一億年，地球上就存在液態水——在天體物理時間尺度上幾乎是“立即”存在的。
這些水已有 45 億年的歷史，通過地球的水循環不斷更新。我的研究團隊最近提出了一個新理論解釋水是如何首次到達地球的。
數十億年醞釀的謎團
幾十年來，天體物理學家一直在努力解決水是如何到達我們年輕的星球的問題。最早的假設之一表明，地球上的水是地球形成的直接副產品，在火山噴發期間通過岩漿釋放出來，其中大部分噴出的氣體是水蒸氣。
然而，隨著對地球水成分的分析以及發現水的潛在作用，這一假說在 20 世紀 90 年代得到了發展。冰冷的彗星，指向外星起源。
彗星是在太陽系遙遠的地方形成的冰和岩石的混合物，有時會被噴射到太陽上。當被太陽加熱時，它們會形成引人注目的塵埃和氣體尾部，從地球上可以看到。小行星，位於帶之間和，也被認為是地球水的潛在祖先。
通過隕石（這些天體墜落到地球上的小碎片）對彗星和小行星岩石的研究提供了重要的見解。
通過分析D/H 比– 重氫（氘）與標準氫的比例 – 科學家發現地球上的水與“碳質”小行星的水更接近，後者帶有過去水的痕跡。這將研究的重點轉向了這些小行星。
最近的研究集中在確定將這些富含水的小行星運送到早期地球乾燥表面的天體機制。已經出現了許多理論來解釋星子（小行星和柯伊伯帶中的大型冰體）的“擾動”。
這些場景表明重力相互作用使這些物體移位，使它們飛向地球。此類事件需要復雜的“引力台球”過程，這表明太陽係有一段動蕩的歷史。
雖然行星的形成顯然涉及重大的劇變和影響，但地球的水輸送可能以更自然、更不那麼戲劇性的方式發生。
更簡單的假設
我首先假設小行星從其形成繭（也稱為原行星盤）中形成冰冷的狀態。這個繭是一個巨大的、富含氫的圓盤，裡面充滿了塵埃，行星和最初的帶就是在那裡形成的。它包圍了整個新生的行星系統。
一旦這個保護繭消散——幾百萬年之後——小行星就會變暖，導致它們的冰融化，或者更準確地說，昇華。在壓力幾乎為零的太空中，水在此過程後仍保持蒸氣形式。
然後，水蒸氣盤疊加在繞太陽運行的小行星帶上。當冰昇華時，圓盤充滿蒸汽，由於復雜的動態過程，蒸汽向內向太陽擴散。一路上，這個蒸汽盤遇到了內行星，將它們浸入一種“浴缸”中。
在某種程度上，圓盤“澆灌”類地行星：火星、地球、和。大部分水的捕獲發生在太陽形成後 20 至 3000 萬年，在此期間，太陽的光度在短時間內急劇增加，從而增加了小行星的脫氣速率。
一旦水被行星的引力捕獲，就會發生許多過程。
然而，在地球上，保護機制確保從捕獲期結束到今天，水的總質量保持相對恆定。如果水上升到大氣層太高，就會凝結成雲，最終以雨的形式返回地面，這一過程稱為水循環。
地球上過去和現在的水量都有詳細記錄。我們的模型從原始小行星帶中的冰脫氣開始，成功地解釋了形成海洋、河流和湖泊，甚至埋藏在地幔深處的水所需的水量。
對海洋中水的 D/H 比的精確測量也與我們的模型相符。此外，該模型還解釋了過去其他行星上甚至地球上存在的水量。。
你可能想知道我是如何得出這個新理論的。它源於最近的觀測，特別是使用 ALMA 進行的觀測，ALMA 是一個由 60 多個天線組成的射電望遠鏡陣列，位於智利海拔 5 公里的高原上。
對具有類似於柯伊伯帶的帶的太陽系外系統的觀測表明，這些帶中的星子會昇華一氧化碳（CO）。對於距離恆星較近的帶，例如小行星帶，二氧化碳太揮發而無法存在，而水更有可能被釋放。
構建模型
正是從這些發現中，該理論的最初想法開始成形。此外，隼鳥 2 號和奧西里斯-雷克斯任務的最新數據提供了關鍵的確認，這些任務探索了與可能有助於形成初始水蒸氣盤的小行星類似的小行星。
這些任務以及地面望遠鏡的長期觀測揭示了這些小行星上存在大量的水合礦物質——這些礦物質只能通過與水接觸而形成。這支持了這些小行星最初是冰的前提，儘管大多數小行星後來都失去了冰（除了像穀神星這樣的較大天體）。
模型的基礎就位後，下一步是開發數值模擬來跟踪冰的脫氣、水蒸氣的擴散及其最終被行星捕獲。
在這些模擬過程中，人們很快就發現該模型可以解釋地球的水供應。對火星和其他類地行星過去水量的進一步研究也證實了該模型對它們的適用性。一切都合適，結果已準備好發布！
作為研究人員，僅僅設計一個有效且似乎可以解釋一切的模型是不夠的。該理論必須在更大範圍內得到檢驗。雖然現在不可能探測到“澆灌”類地行星的最初水蒸氣盤，但我們可以尋找具有年輕小行星帶的太陽系外系統，看看是否存在這樣的水蒸氣盤。
根據我們的計算，這些圓盤雖然微弱，但應該可以用 ALMA 檢測到。我們的團隊剛剛在 ALMA 上獲得了時間來調查特定係統以尋找它們的證據。
我們可能正處於了解地球水起源的新時代的黎明。
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