地球之水 天外來

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重點提要 行星形成時期，年輕太陽所散發的強烈光與熱，使水蒸散到外太陽系，導致內太陽系成為相對乾燥的環境。 在行星形成後期，大量的小行星與彗星可能造訪地球而帶來水，但目前的觀測數據也為其他理論留下發展空間。 地球海洋的起源可能會成為長期懸案，除非我們開始對太陽系的其他區域進行詳細探索。 關於地球之水的起源，我們可能永遠都找不到一個詳盡的答案。

 

 

當人們站在海邊望著從海平面翻騰而來的浪潮時，很容易陷入海洋是亙古永恆的遐想中。我們的祖先確實也這麼認為，在許多創世神話裡，海水總是在陸地、甚至光明浮現之前就已存在。我們現在知道地球的海洋並非亙古永恆，我們行星的水（包括每一滴雨、每一陣潮濕的狂風，和你每一口從杯中啜飲的水）可說是萬古之前的記憶，因為海水確實從天而降。

 

　　遠在45億年前，一團巨大的太初氣體塵埃雲塌縮而形成太陽與行星，太陽系裡所有的水都可追溯至此。那團雲富含氫和氧，而這兩種原子構成了水（H2O）。由於氫和氧是宇宙裡數量第一與第三的元素（氦這種惰性氣體佔第二），因此這樣的氣體塵埃雲組成並不令人意外。太陽與氣態巨行星會吸附大部份的氣體，比固態行星更早形成。在太陽系裡，多數的氧會和碳、鎂等其他原子結合，但剩餘的氫與氧便已足夠形成比岩石多出好幾倍的水。

 

　　不過這並不是我們所看到的情況。地球與鄰近的水星、金星和火星都是固態行星，而非水世界，它們誕生的地點與時間是造成相對缺水的原因。當氣體塵埃雲即將塌縮成太陽系時，角動量會使物質形成一塊扁平的吸積盤，所有的行星便在此形成。科學家認為固態行星是逐步累積而形成的，原行星盤中較小的天體相互碰撞，並聚集成較大的天體：從微小顆粒變成礫石，再變成大石塊，最後變成幾公里大小、稱為微行星的行星構件。行星形成後、殘餘的許多微行星，便成為現今我們所看到的小行星與彗星。

 

　　在原行星盤裡，太陽附近的內側區域，氣體的強烈摩擦熱以及較多的陽光產生了高溫，可能把氫和其他輕元素向外驅除，而留下相對高熔點的物質來構築行星。當太陽附近的固態天體迅速成長之際，就在現今小行星帶與木星附近的區域，原行星盤的溫度低到足以使水和其他揮發性物質凝結成冰。天文學家稱此過渡地帶為「雪線」（snow line），而一般認為地球之水便來自雪線之外的區域：在行星形成晚期，氣態巨行星把大量的冰凍小行星及彗星擲入內太陽系，因而帶來了水。

 

　　最近，我們觀測了其他處於行星形成階段的恆星，進一步獲得關於雪線和晚期微行星碰撞的證據。研究人員利用望遠鏡眺望星際空間，可以看見同樣發生在太陽系的初期過程，正在遙遠的區域發展。即便如此，許多關於我們海洋形成的面向依舊混沌不明，也是我們目前積極研究的目標。雖然地球海水看似古老又永恆不變，我們因新證據而更加了解海洋在何時以何種方式形成，並且判別究竟是彗星、小行星或某種完全不同的機制，為一度乾涸的地球帶來大量的水。

 

【本文轉載自科學人2015年6月號】