澎湃新聞記者 劉航

與太陽系中的其他岩石行星相比，地球上的水非常豐富，海洋覆蓋了70%以上的地表。不過，地球上水的來源一直都是一個有争議的問題。

當地時間11月29日，發表在國際知名期刊《自然-天文》的一項研究顯示，太陽可能是一個來源。該論文标題為“Solar wind contributions to Earth’s oceans”（太陽風對地球海洋的貢獻）。

研究人員發現，太陽風由來自太陽的帶電粒子組成，這些粒子主要為氫離子，在太陽系早期撞擊地球的小行星攜帶的塵埃顆粒表面形成水。

實際上，關于地球水的來源有不同說法。一種觀點認為地球上的水是富含水的彗星、小行星撞擊地球帶來的；也有觀點認為地球起源時，形成地球的物質中就有水。大多數當前地球形成的動力學模型都假設地球上的大部分水是“外源”的。

判斷水來源的一種方式是看D/H的匹配程度。水由氫和氧組成，氫的同位素中有氕（H）、氘（D）、氚（T）。絕大部分的水都是H2O。氘是比氕多一個中子，因此更重，其構成的水叫“重水”。太陽系中不同地方水的D/H存在差異，因此根據D/H可推測水的來源。

“現有理論認為，水是在C型小行星形成的最後階段被帶到地球上的，但之前對這些小行星的同位素‘指紋’進行的測試發現，平均而言，它們與地球上發現的水不匹配，這意味着至少還有一個來源不明。”參與此項研究的科廷空間科學與技術中心主任Phil Bland表示。

C型小行星是一種含碳的小行星，其化學組成和太陽、原始的太陽星雲很接近。C型小行星被認為是碳質球粒隕石（特别是CR、CM 和 CI 球粒隕石）的母體，因為其表現的反射光譜相似。比起彗星和其他類型的隕石，C型球粒隕石的D/H更接近地球。

但是，地球的地幔和标準平均海水(standard mean ocean water)的D/H比CI、CR和CM球粒隕石的平均值更輕。鑒于隕石記錄中富含水的C型球粒隕石的多樣性，單靠類CM的小行星不太可能輸送地球上所有的水。

最近對頑火球粒隕石和Itokawa顆粒中“無水礦物”的研究表明，這些材料可能比以前認為的富含水；地球深部地幔的D/H比标準平均海水還要輕；最近對火山挖掘出的物質的分析表明，在原始地幔中可能存在一種同位素輕、類似太陽的D/H成分。此外，在過去的45億年中，地球的D/H可能從其初始值增加了，這可能是由于較輕的氫同位素先損失到太空。這樣增加的D/H很難與來自C型材料的其他同位素系統的外星傳遞相協調。

因此，很可能，至少還有一個其他輕同位素庫對地球的水收支做出了貢獻——如太陽或太陽星雲。

“我們的研究表明，太陽風在微小的塵埃顆粒表面産生了水，而這種同位素較輕的水很可能提供了地球剩餘的水。”Bland表示，“這一新的太陽風理論是基于對S型近地小行星Itokawa的微小碎片進行細緻的逐原子分析，該小行星的樣本由日本太空探測器Hayabusa收集，并于2010年返回地球。”

他們通過對Itokawa顆粒表面的前50納米左右進行細緻觀察，發現這些塵埃顆粒中含有足夠的水——折算下來，每立方米岩石的含水量達20升。

論文第一作者、格拉斯哥大學博士Luke Daly表示，這項研究不僅使科學家對地球水的過去來源有了深刻的洞察力，而且也有助于未來的太空任務。

“宇航員如何在不攜帶補給的情況下獲得足夠的水，這是未來太空探索的障礙之一。”Daly表示，“我們的研究表明，在Itokawa上産生水的同樣的空間風化過程可能發生在其他沒有空氣的行星上，這意味着宇航員可能能夠直接從行星表面（如月球）的塵埃中處理新鮮的水供應。”

這項研究得到了英國科學與技術設施理事會的資助，由格拉斯哥大學、科廷大學、悉尼大學、牛津大學、夏威夷大學、自然曆史博物館、愛達荷國家實驗室、洛克希德·馬丁公司、桑迪亞國家實驗室、美國宇航局約翰遜航天中心、弗吉尼亞大學、北亞利桑那大學和普渡大學的研究人員完成。

責任編輯：李躍群

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