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银河系里有没有水源地?从一杯水说起

那天晚上我拧开水龙头接水烧茶,突然冒出一个很傻的念头——这杯水,到底是从哪儿来的?

不是问自来水厂,是想问,这些氢原子和氧原子,最初是在什么地方凑到一块儿的?是在这颗地球上就地结合,还是从更远的地方流浪过来的?如果顺着这个思路往大了想,银河系里,还有没有别的地方也在"生产"水?

这个问题看起来不着边际,但天文学家们其实已经琢磨了好几十年,而且答案比我想象的要具体得多。

水不是地球的特产

咱们先聊一个基本事实:地球上至少有一部分水,是从太空"快递"过来的,这事听着像科幻,但有硬证据。

科学家分析过一类叫"碳质球粒陨石"的石头,发现它们内部含有相当可观的水分——以水合矿物的形式锁在晶体结构里,更关键的是,这些陨石里水的氢同位素比例,跟地球海水能对得上,这就好比你在犯罪现场找到一个指纹,发现它跟某个嫌疑人的匹配度极高,你很难说这是巧合。

银河系里有没有水源地?从一杯水说起

所以情况很可能是这样:地球形成初期,无数的彗星和小行星像不要钱似的往这颗年轻行星上砸,顺便把大量的水也捎了过来,换句话说,我们喝的水,有一部分年龄比地球本身还大,是在星际空间里就已经存在的。

星际空间里的"水工厂"

这就引出了更让人来劲的问题——银河系里,水究竟是怎么造出来的?有没有专门的"水源地"?

还真有,而且不止一种。

银河系里绝大多数水分子,是在下面这几个"车间"里组装完成的:

银河系里有没有水源地?从一杯水说起

  • 垂死的红巨星周围:当一颗恒星走到生命末期,外层大气会膨胀到匪夷所思的温度和密度,在这种环境里,氧原子和氢原子终于有机会舒舒服服地结合成水分子,一颗这样的恒星,每年能往周围空间喷出相当于几千个地球海洋总质量的水。
  • 分子云内部:这是银河系里最冷、最密的地方之一,尘埃颗粒表面就像微型的化学反应平台,氢原子和氧原子在上面相遇、结合,形成冰幔包裹在尘埃外面,一块普通的分子云里储存的水,能让太阳系里所有的海洋都显得像个小水坑。
  • 原行星盘:这是行星正在形成的区域,水在这里以冰的形式存在于盘的寒冷外围,然后随着行星的形成过程向内输送,我们的太阳系当年大概率就是这个样子。

已经找到的那些"水库"

光说理论不够过瘾,天文学家已经用望远镜实打实地看到了银河系里好几个超级"水库"。

下面这张表里的几个目标,是目前公认发现的最震撼的水源聚集地,水量大到什么程度呢?我列出来你感受一下:

目标名称 所在位置 形态 水量估计
猎户座分子云 猎户座方向,约1300光年 水蒸气云团 每天产生的水量相当于地球海洋总量的60倍
类星体APM 08279+5255周围 约120亿光年外(虽然远,但它是银河系外水源的参照) 水蒸气盘 相当于地球海洋总质量的140万亿倍
IRC+10216(一颗红巨星) 狮子座方向,约500光年 恒星外层大气 水蒸气正在被大量抛射到星际空间

猎户座那个发现当时把我惊着了——那片云里每天产生的水量,相当于地球所有海洋加起来再乘以六十,我之前完全没想到银河系的水资源会富裕到这种程度。

还有一种叫"液态水"的条件更苛刻

不过一说到"水源地",很多人脑子里跳出来的画面可能是一片汪洋大海,或者至少是潺潺流动的液态水,这里就得多说一句了。

银河系里有没有水源地?从一杯水说起

银河系里水分子到处都是,这基本已经板上钉钉,但液态水存在的条件要苛刻得多——温度不能太高不能太低、气压得刚好能把水分子约束在液体状态、周围还不能有乱七八糟的化学物质把它瞬间反应掉。

这也是为什么一说到液态水,天文学家的目光就齐刷刷投向那些位于"宜居带"内的岩质行星和卫星,比如木卫二和土卫二,它们虽然离太阳远,但靠潮汐力把内部加热出了液态海洋,探测器飞过去的时候,甚至直接拍到有水从冰壳缝隙里喷出来。

这些喷出的羽流被就地采样分析过——里面有水、有盐、有有机分子,就是说,银河系里不仅有水的原料和库存,而且在某些具体的天体上,水已经实实在在地以液态形式大量存在了。

所以呢

回到最开始水龙头前面的那个问题。

这杯水里的氢原子,很可能诞生于宇宙大爆炸后不久,在银河系的某片星际云里晃荡了几十亿年,跟一个恰好在红巨星附近生成的氧原子碰上,结成水分子,又被裹挟进太阳系形成时的物质盘,搭着一颗彗星或者小行星的便车来了地球,最后经过蒸发、降雨、自来水厂的过滤,流进我的烧水壶。

想到这一点的时候,水刚好烧开,我盯着壶嘴冒出的水蒸气,忽然觉得这团白汽跟猎户座星云里那团正在造水的气体云,在某种意义上没什么区别。

至于银河系里到底还有多少这样的水源地,目前连最保守的估计都是——根本数不过来。

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