一顆距離地球 1300 光年的恒星可能剛剛揭示了一個(gè)太陽(yáng)系遲遲不肯吐露的的秘密。

它被稱為 V883 Orionis，這是一顆年輕的恒星，周圍環(huán)繞著巨大的物質(zhì)盤，有一天盤會(huì)合并成繞軌道運(yùn)行的行星。正是在那個(gè)圓盤中，科學(xué)家們明確檢測(cè)到了水蒸氣，水分子與所有其他塵埃和氣體一起旋轉(zhuǎn)，注定要成為星系的一部分。

這表明太陽(yáng)系的水——包括現(xiàn)在地球上的水——存在于太陽(yáng)誕生的氣態(tài)搖籃中；它不僅存在于地球之前，而且存在于太陽(yáng)誕生之前。

美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)的天文學(xué)家約翰·托賓說：“我們現(xiàn)在可以追溯到太陽(yáng)系形成之前太陽(yáng)系中水的起源?！?/p>

水在整個(gè)宇宙中相當(dāng)普遍，但如果沒有它，地球就不會(huì)是一個(gè)“淡藍(lán)點(diǎn)”。液態(tài)水覆蓋在行星表面，以蒸氣的形式滲透到大氣中，從天而降。 這對(duì)我們來說似乎很平凡，但沒有它我們就活不下去；幾乎所有生命的化學(xué)過程都需要水。

它也是行星形成的重要組成部分。恒星誕生于太空中的塵埃和氣體云；一個(gè)致密的團(tuán)塊在重力作用下坍塌，并開始旋轉(zhuǎn)，開始從它周圍的云中吸取更多物質(zhì)，形成一個(gè)圓盤，為嬰兒恒星提供食物。

一旦恒星完成生長(zhǎng)，盤里的殘羹就化為行星的食量。塵埃顆粒以靜電方式粘在一起，形成越來越大的團(tuán)塊，直到質(zhì)量足以讓重力接管。

人們認(rèn)為水在這個(gè)過程中起著重要作用。在水蒸氣結(jié)冰點(diǎn)(稱之為雪線，是空間位置)外，它像冰一樣包裹塵埃顆粒，賦予它們額外的粘性，幫助顆粒在行星生長(zhǎng)的最初階段粘在一起。

我們可以根據(jù)氫的同位素來判斷水在何處以及如何形成。普通氫的原子核中沒有中子。 重氫，也稱為氘，其原子核中有一個(gè)中子。包含重氫的水分子被稱為重水，它的形成條件不同于普通水的條件。

我們可以將地球上的一些水追蹤到彗星，因?yàn)樗c重水的同位素比率相似。這表明水可以結(jié)合在彗星和小行星中并輸送到行星體。 但是還沒有完全解釋清楚水是如何進(jìn)入彗星的?，F(xiàn)在，通過研究獵戶座 V883，托賓的團(tuán)隊(duì)填補(bǔ)了這一空白。

“我們可以把水在宇宙中的路徑想象成一條小徑。我們知道終點(diǎn)是什么樣子的，即行星和彗星上的水，但我們想追溯到水的起點(diǎn)。在此之前，我們可以將地球與彗星聯(lián)系起來，將原恒星與星際介質(zhì)聯(lián)系起來，但我們無法將原恒星與彗星聯(lián)系起來。V883 Ori 改變了這一點(diǎn)，并證明了該系統(tǒng)和我們太陽(yáng)系中的水分子具有與氘和氫相似的比例。”

這顆恒星還很年輕，它還在成長(zhǎng)，周圍環(huán)繞著一個(gè)巨大的圓盤。 通過研究該圓盤發(fā)出的光，研究人員已經(jīng)能夠識(shí)別水蒸氣的光譜特征； 更好的是，他們已經(jīng)確定了氫同位素比率。

“在這種情況下，V883 Orionis 是缺失的一環(huán)。圓盤中水的成分與我們太陽(yáng)系中的彗星非常相似。這證實(shí)了行星系統(tǒng)中的水在數(shù)十億年前、太陽(yáng)出現(xiàn)之前在星際空間中形成的觀點(diǎn)，然后被彗星和地球繼承，比例基本恒定。”

V883 Orionis 之所以如此特別，是因?yàn)樗恢痹诮?jīng)歷加速增長(zhǎng)，這意味著它暫時(shí)比平時(shí)更熱。原恒星周圍吸積盤中的大部分水都是凍結(jié)的，僅在靠近恒星的地方以蒸汽形式存在，很難辨認(rèn)。 然而，V883 Orionis 的活動(dòng)爆發(fā)已將其雪線推到離恒星遠(yuǎn)得多的位置； 任何比雪線更近的水都是水蒸氣。

蒸汽比冰更容易檢測(cè)和分析，因此研究人員能夠?qū)ΛC戶座 V883 圓盤中水的同位素組成進(jìn)行可靠的測(cè)量，并對(duì)其進(jìn)行量化。在 V883 Orionis 周圍漂浮著蒸汽總量是地球海洋水體的1200倍。

研究結(jié)果表明，行星系統(tǒng)中的所有水幾乎都直接來自其恒星誕生的搖籃。

“我們得出的結(jié)論是，物質(zhì)盤直接從恒星形成的云中繼承了水，而這些水變成了結(jié)合體進(jìn)入大型冰體，如彗星，沒有實(shí)質(zhì)性的化學(xué)變化。雖然水在地球上的具體輸送機(jī)制仍然存在爭(zhēng)議(彗星和/或小行星)，但在 V883 Ori 中發(fā)現(xiàn)的 [氫同位素比率] 證明我們太陽(yáng)系中的水分子起源于寒冷的星際介質(zhì)，然后才形成 太陽(yáng)。因此，對(duì)年輕行星形成盤的空間分辨水觀測(cè)對(duì)于連接水庫(kù)和類地行星的形成至關(guān)重要?！?/p>

該研究已發(fā)表在Nature雜志上。

原文：https://www.sciencealert.com/astronomers-traced-the-origins-of-water-to-a-time-before-the-sun