照片显示太阳风从Itokawa小行星上的尘埃中产生水分子

资料来源:©格拉斯哥大学

图中显示太阳风(+)从Itokawa小行星上的尘埃中产生水分子

覆盖地球表面70%的海洋从何而来仍然是个谜,但现在一个由国际科学家组成的团队已经确定,太阳可能是这些水的重要来源。用原子探针断层扫描来分析一个古老的小行星,他们发现太阳风——主要是氢和氦离子流的流从太阳——可能创造了水表面的尘埃颗粒带到地球小行星在地球上数十亿年前形成的。

当氢离子撞击到像小行星或太空尘埃颗粒这样的无空气的表面时,它们会穿透表面以下几十纳米的地方,从而影响岩石的化学成分。随着时间的推移,解释路加福音戴利他是格拉斯哥大学(University of Glasgow)的行星科学家,也是这篇论文的第一作者。这种“空间风化”效应可以从岩石中的物质中喷射出足够的氧原子,从而产生水。

这是利用原子探针断层扫描技术来研究空间风化的首批研究之一,该技术能够对微小样品进行精确的3D重建。研究人员利用这项技术,在原子尺度上成像了一层薄薄的富氢层,他们在s型小行星Itokawa的表面下恢复了这一层。利用澳大利亚科廷大学(Curtin University)的地球科学原子探测设备(Geoscience Atom Probe Facility),他们精确测量了氢与较重同位素氘的比例,并推断出氢和氘是被太阳风固定在矿物中的。

根据研究小组在Itokawa上发现的尘埃颗粒,他们估计每立方米的小行星应该含有20升水。

空间上的范式转变

目前的范式是,水在形成后不久就从地外来源被输送到地球。一个很好的候选小行星是c型小行星——它们被认为是碳质球粒陨石的母体,比s型小行星离太阳更远——因为它们含有重量10%的水。然而,它们的同位素比例与地球上的水不匹配,该研究的合著者解释说尼克•蒂姆斯他是科廷大学的地质学家。

他说,需要另一个同位素更轻的来源,也就是相对更多的氢,来解释地球水的同位素特征,他指出,太阳拥有正确的氘/氢组成,但直到现在,还没有输送机制。

在地球之外,研究人员得出结论,太阳风辐照硅酸盐矿物可能代表了整个星系中无空气的世界中大量的可再生水源。蒂姆斯说:“想到未来对其他星球的任务可能会以某种方式从它们表面富含水分的尘埃中提取生命所需的水,或者氢气和氧气作为燃料,这是令人兴奋的。必威体育 红利账户化学世界。

蒂姆斯渴望看到未来的小行星样本返回任务能提供什么信息。他分析的样品从日本宇宙航空研究开发机构的隼鸟号二世使命,访问小行星Ryugu和下降样品回去地球上大约一年前,Nasa的奥西里斯雷克斯的任务,目前在返回地球的小行星),预计在2023年返回样品。

Laurette Piani他是法国洛林大学的宇宙学家,并没有参与这项研究去年领导的一项研究表明,地球上的大部分水可能来自顽火辉石球粒陨石他说,论文背后的数据似乎“非常可靠”。然而,她认为,这项研究的局限性之一是,这个植入过程不可能发生在太阳系最初的数百万年,因为它最初主要是由气体形成的,而气体可以保护这些颗粒不受显著的太阳照射。

皮亚尼说,这种气体要到太阳系形成后500万年到1000万年才会消散,那时地球的主要物质可能已经被吸积起来了。然而,她说,在地球上,贫氘的特征是在源自深层地幔的岩石中观察到的,而不是在表面或海洋中。

“比起解释地球上水的起源,我觉得这项工作对理解太空中尘埃的风化作用有更好的启示,”皮亚尼说。她说,这是理解太阳系中原始物质最初性质的关键,也可能是为未来的太空任务在行星体中寻找水源的关键。