地球如何获得水

根据卡内基科学学院的Anat Shahar和加州大学洛杉矶分校的Edward Young和Hilke Schlichting的新研究，地球的水可能起源于富含氢的大气层和行星，这些行星在地球形成期间构成了地球的胚胎岩浆海洋之间的相互作用。他们的发现可以解释地球标志性特征的起源，并发表在《自然》杂志上。

几十年来，研究人员对行星形成的理解很大程度上基于我们自己的太阳系。尽管关于木星和土星等气态巨行星的形成存在一些激烈的争论，但人们普遍认为，地球和其他岩石行星是由太阳年轻时周围的尘埃和气体盘吸积而成的。

随着越来越大的物体相互碰撞，最终形成地球的婴儿星子变得越来越大、越来越热，由于碰撞的热量和放射性元素而融化成巨大的岩浆海洋。随着时间的推移，随着行星冷却，最致密的物质向内下沉，将行星分为三个不同的层——金属核心和岩石、硅酸盐地幔和地壳。

然而，过去十年来系外行星研究的爆炸式增长为模拟地球的胚胎状态提供了一种新方法。

“系外行星的发现使我们更接近地了解新形成的行星在其生长的最初几百万年中被富含氢分子 H2 的大气层包围的现象是多么普遍，”Shahar 解释道。 “最终这些氢包层会消散，但它们会在年轻行星的成分上留下指纹。

利用这些信息，研究人员开发了地球形成和演化的新模型，看看我们地球的独特化学特征是否可以复制。

使用新开发的模型，卡内基和加州大学洛杉矶分校的研究人员能够证明，在地球存在的早期，岩浆海洋和分子氢的原始大气之间的相互作用可能产生了地球的一些标志特征，例如丰富的水和整体氧化状态。

研究人员使用数学模型通过观察 25 种不同的化合物和 18 种不同类型的反应来探索分子氢大气和岩浆海洋之间的物质交换 - 复杂到足以产生有关地球可能形成历史的有价值的数据，但也足够简单得到充分解释。

模拟婴儿地球中的岩浆海洋和大气相互作用，导致大量氢气进入金属核心，氧化地幔，并产生大量水。

研究人员发现，即使碰撞形成不断生长的行星的所有岩石物质都完全干燥，分子氢大气和岩浆海洋之间的相互作用也会产生大量的水。他们说其他水源也是可能的，但没有必要解释地球目前的状况。

“这只是我们星球演化的一种可能解释，但它将在地球的形成历史和已知绕遥远恒星运行的最常见系外行星（称为超级地球和亚海王星）之间建立重要联系，”沙哈尔总结道。

该项目是 Shahar 发起和领导的跨学科、多机构 AEThER 项目的一部分，该项目旨在揭示银河系最常见的行星（超级地球和亚海王星）的化学成分，并开发一个框架探测遥远世界的重要特征。我们的努力是为了了解这些行星的形成和演化如何塑造它们的大气层。反过来，这可以让科学家区分真正的生物特征，这些特征只能由生命的存在和非生物来源的大气分子产生。

“越来越强大的望远镜使天文学家能够以前所未有的细节了解系外行星大气的组成，”沙哈尔说。 “AEThER 的工作将为他们的观察提供实验和建模数据，我们希望这将带来一种万无一失的方法来检测其他行星上的生命迹象。