新理论解释了古老的地球如何变得如此湿

爱思考的零点百珂 2025-02-19 05:43:48

空间2025年2月18日

经过昆汀·克拉尔(QUENTIN KRAL),谈话

当地球首次形成时,它太热了,无法保留冰。这意味着我们星球上的所有水都必须起源于外星人。

对古老的陆地岩石的研究表明,在太阳形成后的1亿年后,地球上存在液态水 - 实际上是在天体物理时间范围内“立即”。

这种水已经有45亿年的历史了,在地球上的水周期中已永久更新。我的研究团队最近提出了一种新理论,以解释水如何在地球上首次到达。

这是一个神秘的数十亿年

天体物理学家一直在争取几十年来我们年轻星球上的水如何到达的问题。最早的假设之一表明,地球的水是地球形成的直接副产品,在火山喷发期间通过岩浆释放,其中大多数发射的气体是水蒸气。

然而,在分析了地球水组成和发现冰冷彗星的潜在作用之后,这一假设在1990年代演变而成,这表明是外星的起源。

彗星是在太阳系遥远的距离内形成的冰和岩石的混合物,有时会弹性向太阳。当被阳光变暖时,它们会形成巨大的灰尘和气体尾巴,从地球可见。位于火星和 木星之间的 小行星带中的小行星 也被提议为地球水的潜在祖细胞。

通过陨石对彗星和小行星岩石进行的研究 - 这些落在地球上的这些物体的小碎片 - 提供了关键的见解。

通过分析d/h比- 重氢(氘)与标准氢的比例 - 科学家发现,地球的水更与“碳质”小行星的水更匹配,而“碳质”小行星的水具有过去的水。这将研究的重点转移到了这些小行星上。

小行星带位于火星和木星之间,而Kuiper带延伸到海王星之外。

最近的研究集中在识别可能将这些水富的小行星传递到早期地球的干燥表面的天体机制。已经出现了许多理论来解释行星模拟的“扰动” - 小行星和库珀带中的大而冰冷的身体。

这些场景提出了引力相互作用,这些相互作用使这些物体驱散,从而使它们朝向地球。此类事件将需要复杂的“引力台球”过程,这表明太阳系的动荡历史。

虽然显然行星形成涉及重大的蓬勃发展和影响,但地球的水输送可能以更自然和较小的方式发生。

一个更简单的假设

我从假设小行星从它们的地层茧中出现冰冷的假设,也称为原球盘。这个茧是一个充满灰尘的巨大,充满氢的圆盘,在其中形成了行星和初始皮带。它包围了整个新生的行星系统。

一旦这种保护性茧消散了几百万年后,小行星会热身,使其冰融化,或更确切地说是升华。在压力几乎为零的太空中,此过程后水保持蒸气形式。

然后将水蒸气盘叠加在绕太阳的小行星带上叠加。随着冰的升华,磁盘充满了蒸气,由于复杂的动态过程,该蒸气向内传播到太阳。一路走来,这种蒸气盘会遇到内部行星,将它们沉浸在一种“浴室”中。

在某种程度上,圆盘“水”陆地行星:火星,地球, 金星和 水星。这种水捕获的大部分发生在太阳形成后的20到3000万年,在短时间内太阳的光度急剧增加的时期,增加了小行星的脱气率。

逐步说明了包括地球在内的太阳系内行星上水分布的新模型。太阳出生后的五百万年,由于太阳能而导致的主要皮带中的小行星释放水蒸气。这种蒸气逐渐扩散到内部太阳系,最终笼罩着行星,在10到1亿年后,它捕获了一部分,形成了海洋。 (Sylvain Cnudde/observatoire de Paris - PSL/Lesia,Fourni Par l'Auteur)

一旦被行星的重力吸收捕获水后,就会发生许多过程。

然而,在地球上,一种保护机制可确保从捕获期结束到今天,水的总质量一直保持相对恒定。如果水太高进入大气,它将凝结成云,最终以雨水恢复到表面,这是一种称为水循环的过程。

过去和现在,地球上的水数量都有充分的文献记载。我们的模型始于原始小行星带从原始的小行星带脱落的冰开始,成功地说明了形成海洋,河流和湖泊所需的水量,甚至是埋在地球深处深处的水。

海洋中水的D/H比的精确测量也与我们的模型保持一致。此外,该模型解释了过去在其他行星上甚至在 月球上的水数量。

您可能会想知道我是如何到达这个新理论的。它源于最近的观察结果,尤其是用阿尔玛(Alma)制作的观察结果,Alma是位于智利的60多个天线的射电望远镜阵列,位于海拔五公里处的高原上。

对带皮带的皮带的观察结果与Kuiper带相似,表明这些皮带中的行星具有升华一氧化碳(CO)。对于靠近其恒星的皮带,例如小行星带,CO太挥发了,无法存在,并且水很可能被释放。

构建模型

从这些发现中,该理论的最初想法开始形成。此外,Hayabusa 2和Osiris-Rex任务的最新数据探索了与可能有助于初始水蒸气磁盘形成的小行星相似的小行星,提供了关键的确认。

这些任务以及从地面望远镜的长期观察结果表明,这些小行星上只能通过与水接触形成大量的水合矿物质。这支持了这些小行星最初是冰冷的前提,即使大多数小行星自此失去了冰(除了诸如谷神星之类的大物体)。

凭借该模型的基础,下一步是开发一个数值模拟,以跟踪冰的脱气,水蒸气的分散及其最终被行星捕获。

在这些模拟过程中,很快就清楚该模型可以解释地球的供水。关于火星和其他陆地行星过去水量的其他研究也证实了该模型对它们的适用性。一切都合适,结果已经准备好出版了!

作为研究人员,还不足以设计有效并似乎可以解释一切的模型。该理论必须进行大规模测试。虽然现在无法检测到“浇水”陆地行星的最初水蒸气盘,但我们可以看待带有年轻小行星带的阳性系统,以查看是否存在这样的水蒸气盘。

根据我们的计算,这些磁盘虽然微弱,但应使用ALMA检测到。我们的团队刚刚在ALMA上有时间研究特定系统以证明它们的证据。

我们可能正处于一个新时代的曙光,以了解地球水的起源

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