彗星引发的争论:地球之水天上来?

彗星引发的争论:地球之水天上来?

地球上的水是从哪里来?尽管拥有冰核的彗星似乎是理想的候选者,但迄今为止的分析表明,它们的水与地球海洋中的水不同。然而,现在一个国际小组,把天体物理学和大气中辐射和物质研究实验室(巴黎天文台- PSL/CNRS/索邦大学/塞吉-蓬图瓦兹大学)和天体物理学空间研究和仪器实验室(巴黎天文台- PSL/CNRS/索邦大学/巴黎大学)的CNRS研究人员联合起来。

发现了一个彗星家族,即超活跃彗星,含有类似于地球水的水。这项研究发表在《天文学与天体物理学》上,主要基于美国宇航局红外天文平流层天文台索菲亚对46P/Wirtanen彗星的测量。根据标准理论,地球被认为是太阳系早期条件下由很多小的行星碰撞形成。由于这些天体缺乏水,地球上的水一定是由较大小行星或彗星等较小的天体提供。为了追踪陆地水源,研究人员研究同位素比值1。

彗星46P/Wirtanen,图片:Nicolas Biver

特别是氘与氢在水中的比值,称为D/H比值(氘是氢的一种较重的形式)。当彗星接近太阳时,它的冰会升华,形成一种可以远距离分析的水蒸气大气。然而,到目前为止所测量到的彗星的D/H比率一般是海水的两到三倍,这意味着彗星只输送了地球上大约10%的水。当46P/Wirtanen彗星接近地球时,一架波音飞机搭载着索菲亚机载天文台对其进行了分析。这是发现的第三颗与地球水D/H比值相同的彗星。

和之前的两颗彗星一样,它属于超活跃彗星的范畴,当它们接近太阳时,释放的水超过了它们核的表面积。过量的冰是由大气中富含冰的粒子产生。好奇的是,研究人员确定了所有已知D/H比的彗星活动比率(即产生大气中水量所需的核表面积的比率)。他们发现,彗星活跃度与水蒸气的D/H比值呈反比关系:彗星越趋向于过度活跃(即活跃度超过1),D/H比值下降得越多,并接近地球的D/H比值。

(博科园-图示)科学家们在索菲亚的一架波音747上工作。图片:Nicolas Baker/IRAP/NASA/CNRS Photothèqu

极度活跃的彗星,其水蒸汽部分来自于向大气中喷出的冰粒,因此其D/H比值与地球水的D/H比值相似,而不像那些气晕仅由表面冰产生的彗星。研究人员认为,在后者大气中测量的D/H比值并不一定表明它们的核中存在冰。如果这个假设是正确的,那么所有彗星核中的水实际上可能与地球水非常相似,这重新引发了关于地球水起源的争论。

博科园|研究/来自:CNRS

参考期刊《天文学和天体物理学》

DOI: 10.1051/0004-6361/201935554

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