水从哪里来

2014年11月12日，罗塞塔飞行器释放的菲莱探测器成功着陆彗星，欧洲空间局的科研人员在主控室欢呼庆贺 

人类所生活的世界究竟从何而来？为了解决这个问题，各个宗教大多都有属于自己的创世故事，而在科学领域，世界从何而来，人类又何以生存在这个世界上，换句话说，地球是如何产生的，它又何以成为今天这个适合生物生存的行星，要理清这个属于科学家的创世故事也并不容易，这几乎需要结合人类目前发展出的所有自然科学领域的知识。

现在人们普遍认为，地球的寿命约为宇宙寿命的三分之一，大约形成于45.4亿年之前，由原始太阳星云的尘埃和气体逐渐聚集而成。在形成之初，地球的温度极高，几乎处于融化的状态，并且经常和太阳系内其他的小行星发生撞击，这也造成了地球自转轴的倾斜和月球的形成。随着时间流逝，地球表面温度逐渐冷却，形成了坚硬的地壳，这才使得地球表面可以存在液态水。

由此也出现了一个几乎和地球如何形成同等重要的问题：地球上大量的水是从何而来的？毫无疑问，没有覆盖地球表面大部分区域的液态水，就不会有人类的出现，因为液态水是一种非常优秀的运输载体，同时水的气态、液态、固态三种状态也可以把很多种元素聚集在一起，让它们之间发生化学作用，这些都是形成生命的重要因素。覆盖表面的液态水是地球这颗蓝色行星最为鲜明独特的标志。寻找液态水曾经存在的证据，是人类在探索地外生命过程中的首要任务，同时，人们也一直在寻找地球上的水的源头。

目前科学家们认为，在大约38亿至41亿年前，地球经历了后期重轰炸期，不仅是地球，月球、水星、金星和火星等都受到了太阳系中大量小天体的撞击，地球上的水很有可能就是在这个时期到达地球的。但是，究竟是谁把水运到了地球，在科学界至今仍然有所争议。2014年欧洲空间局（ESA）的罗塞塔飞行器（Rosetta Spacecraft）对一颗彗星的探索可能为解决这个问题提供了更可靠的证据。

在太阳系的边缘，水资源非常丰富，但是在太阳系的内部，在太阳系形成的初期，这个区域可能因为温度过高而不会有太多的水。因此在地球形成的早期可能也只是一颗干旱的行星，地球上的水分，只能是从水资源丰富的太阳系外部而来。要把水从太阳系的边缘运输到地球，最有可能的两种方式就是通过彗星或是小行星，而究竟是哪一种情况，科学界至今也没有定论。2014年12月11日，来自波恩大学的科学家凯撒琳阿尔特韦格（Kathrin Altwegg）与其他几位合作者共同在《科学》（Science ）杂志上发表论文《67P/Churyumov-Gerasimenko，一个有高D/H比率的木星族彗星》（67P/Churyumov-Gerasimenko，A Jupiter Family Comet with A High D/H Ratio ），为地球上的水从何而来提供了新的线索。与此前很多人想象的不同，地球上的水（和其他有机成分）可能并不是来自彗星的搬运，而更有可能来自太阳系内的小行星。

菲莱探测器脱离罗塞塔飞行器的动画效果图

要确定地球上的水的来源，最直接的办法就是把地球上的水与太阳系中的彗星和小行星上的水进行对比，看看与谁最为接近。这种检测在地球上进行很容易，但是在彗星或是小行星上进行则困难无比。想要对比水是否相同，最重要的就是鉴别水的“味道”，也就是说，对比地球上的水与彗星和小行星上的水的成分，其中最具有标志性的数据就是水中氘的含量。氘是氢原子一种稳定的同位素，它比普通的氢原子多出了一个不带电的中子（普通氢原子由一个质子和一个电子组成）。因此，水中氘的含量就是鉴别水来源的一个最重要的指标。在地球的水中，每1万个水分子中只有三个含有氘。

早在1986年，欧洲空间局发射的乔托飞行器（Giotto Spacecraft）就曾经飞临哈雷彗星，它检测到起源于奥尔特云的哈雷彗星上面水的氘／氢比（D/H Ratio）是地球上数据的两倍，这也就说明奥尔特云彗星并非是地球水的来源。此后人们又测量了其他彗星上的氘／氢比，在所测量的11个样本中只有欧洲空间局在2011年进行的赫歇尔任务所探测的木星族彗星，起源于柯伊伯带的103P/Hartley 2彗星上的氘／氢比与地球相同。

而由欧洲空间局在2004年发射的罗塞塔飞行器在10年之后追赶上67P/Churyumov-Gerasimenko彗星，并且成功地释放了菲莱探测器着陆彗星核之后，它所携带的ROSINA（Rosetta Orbiter Spectrometer For Ion and Neutral Analysis）光谱仪分析了67P/Churyumov-Gerasimenko彗星上水的氘／氢比后发现，这个数字是地球水的数据的三倍以上，也就是说，地球上绝大部分的水并不是来自木星组彗星的运输，而103P/Hartley 2彗星的氘／氢比与地球相同，很有可能只是一个特例而已，这也从另外一个角度说明了木星组彗星所携带的水的起源各有不同。

论文作者阿尔特韦格认为，虽然目前太阳系内的小行星并不含有太多的水分，但是在太阳系形成的早期，情况可能并不是这样，在大约38亿年前，可能经常有携带着大量水分的小行星与地球相撞。科学家们对于地球上的陨星进行检测，这些天体所携带的水分的氘／氢比也与地球水的氘／氢比相同，这也进一步证明了地球水资源更有可能来自小行星。

67P/Churyumov-Gerasimenko彗星正在逐渐接近太阳，这颗主要由灰尘和冰组成的彗星将释放出越来越多的水蒸气。为了使检测结果更加精确，罗塞塔飞行器计划将在彗星更加接近太阳时，穿越它释放的灰尘和水蒸气，做进一步的检测。同时，为罗塞塔计划工作的科学家们也仍然寄希望于目前在67P/Churyumov-Gerasimenko彗星核上耗尽电能而进入冬眠状态的菲莱着陆器能够在更加接近太阳时醒来，这样它将可以在彗星核的表面进行检测。

人类用尽各种可能方式，耗费了巨大的心力和财富，试图了解在地球形成早期的吉光片羽，每一次探测，在太空中获得的每一个数据都弥足珍贵，科学家们试图把这些证据拼凑在一起，讲述一个有关创世的科学故事，而人类进行探索的历程，已经成为一个同样惊心动魄的故事。

（本文写作参考了杂志《科学美国人》和《科学》的报道） 源头水科学太阳系小行星彗星