地球上的水可能比太陽還古老？宇宙“重水”揭示水分子穿越星際的史詩之旅

想象一下：你喝下的這杯水，它的分子可能在太陽誕生之前就已經存在。

最近，一項由ALMA（阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列）望遠鏡完成的重大發現。

這幅藝術作品展示了普通水與重水如何起源于巨分子云，并被納入年輕恒星周圍的行星形成盤之中。

圖片來源：NSF/AUI/NRAO/P. Vosteen, B. Saxton

為這個大膽的猜想提供了證據：科學家首次在一顆年輕恒星周圍的行星形成盤中，檢測到了“重水”，并由此證明，構成行星系統的水分子，源自于恒星誕生前的遙遠星際分子云，并“原封不動”地穿越了宇宙洪荒！

“重水”登場：什么是水的“古代身份證”？

要理解這項發現的重要性，我們首先要知道什么是“重水”（Heavy Water）。

普通水的分子式是 H2O，由兩個氫原子和一個氧原子構成。

普通氫原子的原子核只有一個質子。

氘（Deuterium, D），是氫的同位素，它的原子核有一個質子和一個中子，質量略重。

重水，則是兩個氫原子被兩個氘原子取代，分子式是 D2O。

這種“重”水的含量比例，就像是水的“身份證”，記錄了它的形成歷史。在我們的太陽系中，彗星和行星上都有重水的存在，其重水與普通水的比例，正是科學家追溯水分子起源的關鍵線索。

突破性發現：水分子如何穿越星際？

長期以來，科學家們一直爭論：行星和彗星上的水，究竟是在年輕恒星周圍的盤內“新鮮”形成，還是繼承自古代、寒冷的星際云？

ALMA 對一顆名為V883 Orionis（位于著名的獵戶座大星云區域，距離地球 1350 光年）的年輕恒星觀測，給出了決定性的答案。

這是ALMA拍攝的獵戶座V883恒星周圍行星形成盤的圖像。

圖片來源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

如果水分子在 V883 Ori 的行星盤內經過年輕恒星的劇烈爆發而分解、并重新形成，那么重水的比例會很低，與太陽系內測得的比例相似。

然而，ALMA 的測量結果是：

1. V883 Ori 盤內重水與普通水的比例，與在尚未形成恒星的分子氣體團中觀察到的比例完全相同。

2. 這個比例比水在行星盤內被分解和重組后應有的比例高出兩個數量級。

帶領這項研究的米蘭大學學者 Margot Leemker 表示：“我們的檢測毫無疑問地表明，在這個行星形成盤中發現的水，一定比中心的恒星更古老，形成于恒星和行星形成的最早期階段。”

這意味著，地球上的水最初是作為冰粒，附著在塵埃顆粒上，存在于孕育獵戶座大星云的巨型分子云中。

當引力導致分子云坍縮形成V883 Ori這顆年輕恒星時，這些古老的冰粒被吸入恒星周圍的行星形成盤。由于 V883 Ori只有 50 萬年的“星齡”，且仍處于演化早期，這些來自星際云的原始水分子還未被恒星產生的熱量完全破壞和重組。

簡而言之：這項發現提供了一個“缺失的環節”，水分子在宇宙中的旅程是：

分子云冰粒→行星形成盤→彗星→行星（包括地球）

正如美國國家射電天文臺的John Tobin所說：“這一發現是水從星際云到構成行星系統的物質，未被改變且保持完整地穿越旅程的第一個直接證據。”

這項研究已于10月15日發表在權威期刊 《自然·天文學》（Nature Astronomy）上。地球生命的根源，可能比我們想象的更加古老和深邃！

參考

[1]https://www.space.com/astronomy/exoplanets/scientists-discover-exoplanet-forming-disk-with-water-older-than-the-star-it-orbits

[2] https://www.nature.com/articles/s41550-025-02663-y