近期，美國(guó)研究人員對(duì)阿波羅11號(hào)、16號(hào)和17號(hào)飛船帶回的月球土壤樣本進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示其中所含有的氫氧基中的氫原子，其同位素比例等特征與太陽(yáng)風(fēng)中的氫原子相似，并據(jù)此推斷，月球上的水可能部分來自太陽(yáng)風(fēng)。
地球擁有浩瀚的海洋、奔騰的江河、翻滾的云、充沛的雨，與月球相比，其水量可謂無窮無盡，是太陽(yáng)系中名副其實(shí)的“水球”。地球上如此之多的、孕育出生命的水，也是從太陽(yáng)風(fēng)中得來的嗎？答案如果是否定的，那么地球上的水又是來自哪里呢？
月球因?yàn)闆]有大氣層太陽(yáng)風(fēng)能吹來部分水
遼寧日?qǐng)?bào)：新一期英國(guó)《自然－地學(xué)》雜志刊登報(bào)告說，美國(guó)研究人員對(duì)阿波羅系列探月飛船帶回的月球土壤樣本進(jìn)行分析后認(rèn)為，月球上存在的水可能來源于太陽(yáng)風(fēng)，這說明其他一些星球也可能同樣因此而存在水。在我們的印象中，太陽(yáng)風(fēng)是高溫的，應(yīng)該對(duì)月球的水分有蒸發(fā)的作用，怎么會(huì)產(chǎn)生水呢？
蕭耐園：根據(jù)20世紀(jì)70年代后期的理論模型表明，來自太陽(yáng)風(fēng)中的氫離子（質(zhì)子）可與氧結(jié)合形成水和相關(guān)化合物，稱為羥基 （化學(xué)式是OH），它由一個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子組成。通過這一原理我們得知，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)經(jīng)過月球時(shí)，將氫離子帶到月球表面，與月球土壤中富含氧的礦物質(zhì)發(fā)生相互作用，最終氫離子被轉(zhuǎn)化成水和相關(guān)化合物儲(chǔ)存在月球土壤的玻璃質(zhì)顆粒中。
近日，美國(guó)研究人員借助紅外光譜法和質(zhì)譜分析法對(duì)阿波羅任務(wù)帶回的月球土樣進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，月球土壤中的玻璃樣顆粒含有大量的羥基。他們借助光譜學(xué)查看玻璃樣顆粒中的氫與氘（重氫）的比例，發(fā)現(xiàn)氫與氘的比例與太陽(yáng)風(fēng)里發(fā)現(xiàn)的這一比例基本相符，所以認(rèn)為這些月球土壤中的水可能來源于太陽(yáng)風(fēng)。
但太陽(yáng)風(fēng)所形成的水分存量不會(huì)很多，月球表面的最高溫度可達(dá)127℃，即使太陽(yáng)風(fēng)中的氫離子轉(zhuǎn)化為水分，也很難得以保存。
遼寧日?qǐng)?bào)：即使存量不多，太陽(yáng)風(fēng)形成水分這樣一個(gè)機(jī)制是存在的，是否意味著太陽(yáng)系中的其他星球有可能因此而存在水？
蕭耐園：太陽(yáng)風(fēng)是從太陽(yáng)上層大氣射出的等離子體帶電粒子流。粒子流的溫度和速度隨著時(shí)間的推移而發(fā)生變化。這些高能帶電的粒子流具有極大的動(dòng)能，能夠掙脫太陽(yáng)的引力以超聲速?zèng)_向太陽(yáng)系邊緣。由于地球有厚厚的大氣層和磁場(chǎng)，太陽(yáng)風(fēng)很難抵達(dá)地球，但是月球因?yàn)闆]有這些保護(hù)層而不斷遭受太陽(yáng)風(fēng)的襲擊，其中的粒子留在月球表面的塵埃中。對(duì)于其他星球來說，太陽(yáng)風(fēng)形成水的機(jī)制是存在的，但是同樣并不會(huì)產(chǎn)生很大水分，尤其像水星這樣距離太陽(yáng)非常近的行星，由于酷熱的環(huán)境，更無法保持水分。
遼寧日?qǐng)?bào)：月球表面的最高溫度也可達(dá)127℃，它的水分如何得以保存？
蕭耐園：月球上的水儲(chǔ)存在南北極的隕石坑內(nèi)。長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為月亮上面是沒有水的。 1994年美國(guó)向月球發(fā)射了克里門汀號(hào)探測(cè)器，成為環(huán)繞月球的衛(wèi)星。在1997年下半年的時(shí)候，它發(fā)回了一張?jiān)虑蚰蠘O地區(qū)的雷達(dá)照片。美國(guó)科學(xué)家經(jīng)過分析認(rèn)為，照片上反映出月球的南極地區(qū)表面有水冰。
為了進(jìn)一步證實(shí)這個(gè)發(fā)現(xiàn)，1998年初美國(guó)發(fā)射了月球全球勘探者號(hào)探測(cè)器，專門去探測(cè)月球表面的水分。月球全球勘探者號(hào)探測(cè)器進(jìn)一步證實(shí)，不光在月球的南極有水，在北極也有水。這些水是完全結(jié)成冰的，而且月球表面的水冰呈現(xiàn)為很小的顆粒，跟塵土混合在一起。在月球兩極的大環(huán)形山山底，終年照不到陽(yáng)光，溫度很低，低到-230℃，所以水不會(huì)蒸發(fā)。至于在月球的其他地方，在陽(yáng)光照射下溫度高達(dá)127℃，水是很容易蒸發(fā)掉的。所以只有月球的兩極可能存在水冰。
地球的水來自彗星撞擊平均每分鐘新增兩千噸
遼寧日?qǐng)?bào)：既然太陽(yáng)風(fēng)形成的水量較少，那么月球上的水來自哪兒？
蕭耐園：我個(gè)人認(rèn)為月球水源于彗星撞擊。在月球形成初期，小天體持續(xù)不斷地撞擊月球。這類小天體主要是小行星和彗星。撞擊的結(jié)果是形成了累累的隕擊坑，而彗星則帶來了大量水分。值得一提的是，在月球上發(fā)現(xiàn)的水，并不是我們想象中的“液體水”，而是水冰，這些水冰是和月球土壤混合在一起的，與地球上成塊兒的冰不同，不能直接開發(fā)使用。在月球的南北極，有些隕石坑在幾十億年間從未接受過太陽(yáng)照射，因此各類物質(zhì)得以保持“原生態(tài)”，水冰也得以保存下來。
遼寧日?qǐng)?bào)：如果一個(gè)星球上存在水，可能有幾種成因？
蕭耐園：我們以地球?yàn)槔?，地球作為名副其?shí)的水球，水的起源也有多種觀點(diǎn)。
最早的觀點(diǎn)認(rèn)為，水是地球土生土長(zhǎng)的，也就是說水來自地球本身。地球從原始星云凝聚成行星時(shí)，地球內(nèi)部釋放出大量的氫氣和氧氣；加上太陽(yáng)發(fā)出的粒子流，也給地球帶來了氫氣和氧氣。這些氣體通過化學(xué)反應(yīng)，形成了水。
對(duì)于水來自地球內(nèi)部的說法，還有一些學(xué)者認(rèn)為，這是火山爆發(fā)形成的。據(jù)分析研究表明，火山噴發(fā)的巖漿中平均含有7%的水分，而冷凝形成的巖漿中都只含1%的水分，地質(zhì)史上無數(shù)次的巖漿活動(dòng)每年析出6%的水分，就釀成如今汪洋一片。近些年一些火山爆發(fā)后，應(yīng)該也有水分子蒸發(fā)，但都散在空氣中，被火山灰包裹，因此，很難判斷一場(chǎng)火山爆發(fā)究竟能有多少水就此誕生。
遼寧日?qǐng)?bào)：月球上的水來自于彗星的撞擊，那么地球是否也有同樣的經(jīng)歷？
蕭耐園：在關(guān)于地球水的來源中，我個(gè)人比較贊同的觀點(diǎn)是：地球形成初期，大量的彗星撞擊地球撞出來的。彗星是個(gè)“臟雪球”，通常大小從幾十米至幾百米不等。在地球形成之初，太陽(yáng)系內(nèi)，在海王星軌道至離太陽(yáng)40至100天文單位的環(huán)帶內(nèi)，有一個(gè)彗星“倉(cāng)庫(kù)”，估計(jì)包含1億至1萬億顆彗星，被稱為柯伊伯帶。除了柯伊伯帶內(nèi)有大量彗星外，1950年，荷蘭天文學(xué)家奧爾特提出在軌道半徑長(zhǎng)3萬到10萬天文單位處還另有彗星倉(cāng)庫(kù)――彗星云，后被稱為奧爾特云，有上萬億顆彗星。
柯伊伯帶是環(huán)形的帶，而奧爾特云是球狀的。大概在地球還只有4億歲的時(shí)候，宇宙這個(gè)大型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不斷進(jìn)行自發(fā)的化學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)。大量“臟雪球”彗星撞擊地球，撞擊過程中彗星的水被釋放出來，水分子想逃逸，但是被地球引力和大氣層牢牢纏住，于是，就留在了地球上。經(jīng)過歲月的長(zhǎng)河，彗星撞擊地球產(chǎn)生的水便變成了現(xiàn)在的樣子。
而且最近，美國(guó)衣阿華大學(xué)研究小組的科學(xué)家，從人造衛(wèi)星發(fā)回的數(shù)千張地球大氣紫外輻射圖像中，發(fā)現(xiàn)在圓盤形狀的地球圖像上總有一些小黑斑。每個(gè)小黑斑大約存在2至3分鐘，面積約有2000平方公里。經(jīng)過分析，這些斑點(diǎn)是由一些看不見的冰塊組成的小彗星沖入地球大氣層，破裂和融化成水蒸氣造成的?？茖W(xué)家估計(jì)，每分鐘大約有20顆平均直徑為10米的冰狀小彗星進(jìn)入地球大氣層，每顆釋放約100噸水。
宇宙中潛伏著大量的水地球位置獨(dú)特留住了水
遼寧日?qǐng)?bào)：對(duì)于整個(gè)宇宙來說，水是一種稀缺物質(zhì)嗎？
蕭耐園：我們通常使用射電天文的方法在宇宙中尋找水的足跡。在浩渺的宇宙中，水分子的存在很普遍，氫原子和氧原子在太空中自由漫步，但是不經(jīng)意間的組合便是水了，它們或是氣態(tài)的，或是液態(tài)的，或是固態(tài)的，科學(xué)家們通過搜尋，發(fā)現(xiàn)宇宙中潛伏了大量的水分子。
遼寧日?qǐng)?bào)：既然宇宙中不缺水，太陽(yáng)系中為什么地球上的水最多？
蕭耐園：法國(guó)里昂高等師范學(xué)院地球科學(xué)實(shí)驗(yàn)室地質(zhì)化學(xué)教授弗朗西斯?阿爾巴萊德說，地球上的水還和地球在太陽(yáng)系中的獨(dú)特位置有關(guān)。地球上的水的確是由某種力量放置在地球上的，而且通過大氣水循環(huán)將這些水固定在地球上。如果只是放置了水，而沒有大氣層的話，即使有再大量的水，也早就散失在太空中了。據(jù)估計(jì)，地幔中的含水量與地表相當(dāng)。這意味著地球質(zhì)量的0.05%是水。要達(dá)到如此儲(chǔ)量，只需1000萬枚“哈雷”規(guī)模的彗星降臨地球即可。
當(dāng)然，地球并不是這份天外甘霖的唯一受益者，太陽(yáng)系中其他巖石行星也經(jīng)受了同樣的轟擊，但地球是唯一將這些水分保存下來的星球。通過探測(cè)器拍攝的火星圖片，我們可以看到許多水流動(dòng)過的痕跡。
遼寧日?qǐng)?bào)：為什么其他星球沒有將這些水留下來？
蕭耐園：在離太陽(yáng)最近的水星與金星上，水分蒸發(fā)并逃逸到了太空中?；鹦莿t因大氣層太稀薄，加上太陽(yáng)的照射，絕大部分水分散失到了空間當(dāng)中。此外，月球的情況也差不多，只有地球所處位置絕佳，水分得以在此完整經(jīng)歷固、液、氣三態(tài)間的循環(huán)。
遼寧日?qǐng)?bào)：在地球上，許多有水的地方都發(fā)現(xiàn)有生命存在，對(duì)于其他星球來說是否也是這樣？
蕭耐園：水被認(rèn)為是孕育生命的源泉，所以，科學(xué)家們尋找可能存在的地外生命時(shí)，第一步就看是否有支持生命的基礎(chǔ)――水的存在。盡管在行星上發(fā)現(xiàn)有水的痕跡，卻還是不能完全證明存在生命，但至少說明具備了有生命的最基本條件。就太陽(yáng)系的其他星球來說，它們的環(huán)境對(duì)于生命來說太過殘酷，所以有生命存在的可能性非常小。 □本報(bào)記者／張曉麗
專家檔案
蕭耐園 南京大學(xué)天文系教授、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)客座研究員、澳門科技大學(xué)訪問教授、南京藝術(shù)學(xué)院“意大利語(yǔ)”課特聘教師。
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