地球上的水可能比太陽(yáng)還古老？宇宙“重水”揭示水分子穿越星際的史詩(shī)之旅

想象一下：你喝下的這杯水，它的分子可能在太陽(yáng)誕生之前就已經(jīng)存在。

最近，一項(xiàng)由ALMA（阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列）望遠(yuǎn)鏡完成的重大發(fā)現(xiàn)。

這幅藝術(shù)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?chē)男行切纬杀P(pán)之中。

圖片來(lái)源：NSF/AUI/NRAO/P. Vosteen, B. Saxton

為這個(gè)大膽的猜想提供了證據(jù)：科學(xué)家首次在一顆年輕恒星周?chē)男行切纬杀P(pán)中，檢測(cè)到了“重水”，并由此證明，構(gòu)成行星系統(tǒng)的水分子，源自于恒星誕生前的遙遠(yuǎn)星際分子云，并“原封不動(dòng)”地穿越了宇宙洪荒！

“重水”登場(chǎng)：什么是水的“古代身份證”？

要理解這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)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(gè)氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成。

普通氫原子的原子核只有一個(gè)質(zhì)子。

氘（Deuterium, D），是氫的同位素，它的原子核有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，質(zhì)量略重。

重水，則是兩個(gè)氫原子被兩個(gè)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(yáng)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(xué)家追溯水分子起源的關(guān)鍵線索。

突破性發(fā)現(xiàn)：水分子如何穿越星際？

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直爭(zhēng)論：行星和彗星上的水，究竟是在年輕恒星周?chē)谋P(pán)內(nèi)“新鮮”形成，還是繼承自古代、寒冷的星際云？

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

這是ALMA拍攝的獵戶座V883恒星周?chē)行切纬杀P(pán)的圖像。

圖片來(lái)源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

如果水分子在 V883 Ori 的行星盤(pán)內(nèi)經(jīng)過(guò)年輕恒星的劇烈爆發(fā)而分解、并重新形成，那么重水的比例會(huì)很低，與太陽(yáng)系內(nèi)測(cè)得的比例相似。

然而，ALMA 的測(cè)量結(jié)果是：

1. V883 Ori 盤(pán)內(nèi)重水與普通水的比例，與在尚未形成恒星的分子氣體團(tuán)中觀察到的比例完全相同。

2. 這個(gè)比例比水在行星盤(pán)內(nèi)被分解和重組后應(yīng)有的比例高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

帶領(lǐng)這項(xiàng)研究的米蘭大學(xué)學(xué)者 Margot Leemker 表示：“我們的檢測(cè)毫無(wú)疑問(wèn)地表明，在這個(gè)行星形成盤(pán)中發(fā)現(xiàn)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(dāng)引力導(dǎo)致分子云坍縮形成V883 Ori這顆年輕恒星時(shí)，這些古老的冰粒被吸入恒星周?chē)男行切纬杀P(pán)。由于 V883 Ori只有 50 萬(wàn)年的“星齡”，且仍處于演化早期，這些來(lái)自星際云的原始水分子還未被恒星產(chǎn)生的熱量完全破壞和重組。

簡(jiǎn)而言之：這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)提供了一個(gè)“缺失的環(huán)節(jié)”，水分子在宇宙中的旅程是：

分子云冰粒→行星形成盤(pán)→彗星→行星（包括地球）

正如美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)的John Tobin所說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)是水從星際云到構(gòu)成行星系統(tǒng)的物質(zhì)，未被改變且保持完整地穿越旅程的第一個(gè)直接證據(jù)。”

這項(xiàng)研究已于10月15日發(fā)表在權(quán)威期刊 《自然·天文學(xué)》（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