水佔的地球表面大約70%的面積,我們現在還不能確定這麼多的水是從何而來?目前有很多種假說.但是最近格拉斯哥大學的盧克.戴利博士和他的研究團隊提出水可能是來自於太陽的研究結論。
真的會是這樣嗎?太陽只是一個與水毫無關聯的巨大氣態球體。怎麼可能會有這種事情呢?難道太陽會某種魔法嗎?當然這不可能是魔法.這裡說太陽可能是水的起源,並不意味著太陽直接製造水.意思是太陽風可能會產生水.通常我們尋找某種物質的起源時,會利用分析該物質內部存在的重氫與氫的比率和同位素的比率的方法。同位素指的是質子數量相同,質量卻不同的元素.以氫原子為例,普通的氫原子是由質子和電子組成的,但氫的同位素重氫.又多了一箇中子.它的另一個同位素三重氫是由一個質子,電子和中子組成。跟名字一樣,和普通的氫原子相比,多兩個中子.這種被稱為同位素的元素,是指質子的數量相同,但包含中子的元素。它由於質子的數量相同但中子的數量不同,所以他們會擁有不同的質量。簡單地說,如果普通的氫的質量是“1”.重氫的重量就是普通氫的兩倍左右,三重氫的重量就是普通氫的三倍左右。但出乎意料的是他們的化學性質很相似。而且利用這種同位素就能知道物質的起源.這種物質從哪裡來的?如果把火星和地球的同位素比率進行比較,火星相比於地球重氫多五倍左右。利用這些資料,可以區分出地球和火星的物質。如果我們發現了某塊不明身份的石頭,這石頭的氫同位素比率,和火星相同,那麼就可以確認這塊石頭來自火星。我們利用同位素比率和重氫對親氫的比率,就可以追蹤到某種物質的起源。順便說一下,利用同位素追蹤起源,不要使用同位素三重氫.不是三種重氫不好發音,主要是因為它是一種放射性物質。我們知道的所有原子,都具有想要保持穩定狀態的性質.所以處於不穩定狀態的原子,會釋放出某種粒子或光,來維持狀態的穩定.此時釋放的粒子或光稱為放射線。這種不穩定的原子,釋放特定粒子或光線的性質叫做放射性。具有這種性質的同位素,就是放射性同位素。三重氫相比於普通的親多兩個中子,所以他的狀態不穩定。為了維持狀態穩定,會釋放出電子和貝塔射線。在此過程中,丟失電子的中子變成質子,三重氫會變成穩定狀態的重氫.在這裡再補充一點,中子顧名思義就是中性狀態,既有正電荷也有負電荷,因此質子如果接受電子,也會變成中子。相反,如果中子釋放電子的話,就會變成質子。因此無法透過放射性同位素三重氫找到物質的起源。相反性質穩定的同位素重氫,通常可以用來尋找某種物質的起源。並且我們已經在使用這種方法,來查詢地球上水的來源。但是結果卻有點模稜兩可。
現在我們看到的座標圖是利用羅塞塔探測器採集的資料製作的.表示整個太陽系內各天體的氫同位素比例。仔細看這個座標圖,地球上水的同位素比率,不同於彗星,卻和小行星很相似。在目前可觀測到的彗星中,木星周圍被稱為哈里特2號的彗星,它內部水的重氫比例與地球上的水基本一致。但這就像一個bug,只有這顆彗星是這樣。除此之外,幾乎所有彗星的重氫比例都和地球上不同。所以即使哈利特2號的重氫比例和地球相同。也不能證明地球上的水來自彗星。這就是模稜兩可的地方。彗星和小行星有一個不同點,彗星上大多是冰,也就是水,而小行星幾乎都是岩石、石頭。把水傳輸到地球上的,不是含有許多水的彗星,反而是由岩石組成的小行星這一點讓人很疑惑。雖然小行星上也有水的存在,但由於水量很小,所以用這麼少的量,很難解釋地球上存在的大量水。
那該如何解釋呢?這時就需要太陽登場了。在太陽內部的重氫和三重氫相遇,產生氦氣,並進行核聚變反應釋放能量。因此在太陽的大氣層中,電離子會被釋放到太陽系各處。這種現象被稱為太陽風。雖然我們肉眼無法看見太陽光,但可以透過極光看到它的存在。由於地球磁層的保護,太陽風的高能帶電粒子流,被地球磁場吸引,這些高能帶電粒子,撞擊地球大氣發光的現象就是極光。所以極光只有在北極和南極才能觀測到。當然在空間站上可以經常看到極光。
太陽風像製造極光一樣,透過太空風化(space weathering)可以產生水。太空風化簡單來說,就是宇宙中發生的風化現象。這種現象就像地面風化現象一樣.宇宙射線,太陽風對沒有大氣的天體表面的物質,改變其物理或化學結構的現象。那麼根據這種現象,小行星上也會產生大量的水.但事實卻和我們想得不一樣。
岩石中含有大量的氧離子,從地球表面存在的岩石來看,構成這些岩石的物質中最多的就是氧.可見岩石中的氧含量非常豐富.小行星也是如此。雖然沒有地球那麼大,但是構成小行星的岩石中也有超乎想象的氧離子.從這裡開始變得有意思了。水是有兩個氫原子一個氧原子組成,太陽風中由等待結合的電離氫離子,小行星岩石中有等待結合的氧離子。當太陽風撞擊小行星表面時,氫離子和氧離子相遇,在這個過程中就形成了水。在看似缺水的小行星上,水就這樣被製造出來了。
我們在被稱為絲川的小行星上發現過。現在我們看到的,是日本隼鳥號探測器,探索小行星絲川后拍攝的高畫質圖片。透過對這顆小行星的樣本分析。發現它的含水量超過原來預測的每立方24L.因此確認太陽風可以在小行星上製造出水。不僅僅是小行星,在宇宙塵埃中,也是完全可以形成水的。因為在塵埃的表面,也會發生太空風化現象。透過研究,地球上水的同位素比率和小行星一樣,基本確定了地球上水的來源。即使地球表面沒有來自彗星的水,小行星和宇宙塵埃中的水,也足夠滿足地球上水的來源了。
那就這麼結束有點可惜了吧?事實上這個研究還有更深的意義。那就是長距離的宇宙旅行,雖然長距離宇宙旅行根據不同標準會有所不同。我們通常以飛越木星,作為長距離的標準。無論怎樣在這種長途宇宙旅行中,最重要的因素就是水。如果在小行星的表面可以直接找到水,將非常有利於長距離的宇宙旅行。目前國際空間站裡的情況是,包含空間站內的水,宇航員的哈氣、汗水、尿液等大約93%的水都要迴圈使用。之所以要這樣迴圈利用水,是因為水很珍貴。能夠減少從地球運到國際空間站的費用的同時,騰出運輸水的空間,可以裝運更多的其他貨物、裝備或食物。宇宙旅行也是一樣的,如果我們能直接在太空中得到水的話.在旅行開始的時候,就不需要給飛船裝載大量的水。騰出的空間可以裝載更多的裝備或食物,可以更高效的進行宇宙旅行。
最後總結,為了尋找水的起源,地球上水是從何而來?透過測定水的同位素比率,結果表明,它不同於彗星,而是和小行星一樣。因為水的來源不是擁有大量水的彗星,而是來自由岩石組成的小行星。這個結果與我們預想的完全不一樣。格拉斯哥大學的研究小組發表了能夠說明這一點的研究結果。在名為絲川的小行星樣本中找到了實體的水。發現了太陽風裡的電離氫,與小行星內部的氧相遇後形成水的事實。找到了水的起源可能來自太陽的證據.但這並不意味著只是找到了水的起源。因為如果小行星表面存在水,在未來長距離宇宙旅行時,宇宙飛船可以直接獲得水,如果我們可以直接獲取水的話,就不需要在飛船內部儲存太多的水了。儲存水的空間可以儲存更多的裝置和食物。那樣就能更高效的進行宇宙旅行。因此太陽風創造的水在向我們說明水的起源的同時,也能夠實現將使人類帶入宇宙深空的可能。