木星族彗星可能曾幫助地球獲得水源

近期一些研究結果相互矛盾，新的發現重新開啟了一個話題，即像67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星這樣的木星族彗星，有可能曾協助將水帶到地球。

水對於地球上生命的形成和繁衍至關重要，即便到如今，水在地球生命中依舊佔有核心地位。

大約46億年前，地球由氣體和塵埃凝聚而成，當時或許已有一些水存在於其中。然而，由於地球在靠近太陽的高熱區域形成，大部分的水都汽化了。

地球最終如何擁有大量液態水，一直是科學家們爭論的焦點。

研究顯示，地球的部分水源自火山噴出的水蒸氣，這些水蒸氣凝結後降雨到海洋中。

但科學家也發現證據，顯示地球上相當一部分海洋的水，來自撞擊地球的小行星，甚至可能包括彗星上的冰和礦物質。

大約40億年前，一波彗星和小行星與太陽系內行星的碰撞，使得上述可能性成真。

小行星上的水與地球水的關聯證據充分，但彗星在其中扮演的角色，卻讓科學家們困惑不已。

對木星族彗星的多次測量顯示，它們的水與地球的水之間存在密切聯繫。

這種聯繫基於一個關鍵的分子特徵，科學家利用它在太陽系中追蹤水的起源。

這個特徵就是任何物體水中的氘（D）與普通氫（H）的比例，它能為科學家提供物體形成位置的線索。

將彗星和小行星的氫比例與地球水相比，就能揭示它們之間是否存在聯繫。

由於含氘的水更易在寒冷環境中形成，因此在離太陽較遠處形成的物體（如彗星）上，該同位素的濃度，要高於在靠近太陽處形成的物體（如小行星）。

過去幾十年對其他幾顆木星族彗星水蒸氣中氘的測量顯示，其含量與地球水相近。

美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心的行星科學家凱瑟琳·曼特博士表示：「看起來這些彗星似乎在為地球帶來水源方面發揮了重要作用。」

但在2014年，歐洲太空總署對67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星的羅塞塔任務，對木星族彗星幫助地球補充水源的觀點提出了挑戰。

分析羅塞塔任務水測量數據的科學家發現，這顆彗星的氘濃度是所有彗星中最高的，其氘含量約為地球海洋的三倍。地球海洋中，每6420個氫原子對應1個氘原子。

曼特博士稱：「這真是個大驚喜，也讓我們重新思考一切。」

研究作者決定採用先進的統計計算技術，自動化處理從超過16000次羅塞塔測量中，分離富含氘的水的艱辛過程。

羅塞塔在67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星周圍的塵埃和氣體彗髮中進行了這些測量。

曼特博士及其同事是首批分析整個歐洲任務期間所有水測量數據的人。

研究人員想了解是哪些物理過程，導致在彗星上測量到的氫同位素比例存在差異。

實驗室研究和彗星觀測表明，彗星塵埃可能會影響科學家在彗星蒸氣中檢測到的氫比例讀數，這可能會改變我們對彗星水起源，以及它與地球水對比的理解。

曼特博士說：「所以我只是好奇，能否在67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星上找到相關證據。」

「而這正是那種極為罕見的情況，你提出一個假設，結果真的發現它成立。」

事實上，科學家們發現，67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星彗髮中的氘測量值，與羅塞塔太空船周圍的塵埃量之間存在明確聯繫，這表明在彗髮某些部分靠近太空船處的測量結果，可能無法代表彗星本體的組成。

當彗星在軌道上靠近太陽時，其表面升溫，導致氣體從表面釋放，包括帶有少量水冰的塵埃。

研究顯示，含氘的水比普通水更容易附著在塵埃顆粒上。

當這些塵埃顆粒上的冰釋放到彗髮中時，這種效應可能會使彗星看起來的氘含量比實際更高。

研究作者報告稱，當塵埃到達彗髮外層，距離彗星本體至少75英里時，它已經乾燥。

富含氘的水消失後，太空船就能準確測量來自彗星本體的氘含量。

研究人員表示：「這一發現不僅對理解彗星在為地球提供水源方面的作用具有重要意義，也有助於理解彗星觀測，從而深入了解早期太陽系的形成。」

「這意味著我們有很好的機會重新審視過去的觀測結果，並為未來的觀測做好準備，以便更好地考慮塵埃的影響。」

該研究發表在《科學進展》期刊上。

凱瑟琳·E·曼特等人，2024年。67P/丘留莫夫－格拉西緬科彗星的氘氫比接近地球。《科學進展》10(46)；doi: 10.1126/sciadv.adp2191