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太阳系总共有多少水,其总量可能是你想不到的!

潮湿的太阳系

这几年,由于美国航空航天局在火星探测领域取得了巨大的成功,火星在太阳系内大出风头,每每有新发现,便是举世瞩目,尤其是发现什么和水有关的东西。这常常给人一种错觉,好像在太阳系乃至整个宇宙,水都是非常罕见的东西。

事实上,在整个太阳系,水是非常常见的物质,尤其在太阳系外围的天体中,水大面积存在。小行星带、木星的几个卫星、土星环及土星的卫星等都拥有大量的水。如果将这些水平均分配到围绕太阳旋转的天体上,那整个太阳系将是非常非常湿润的。

走遍太阳系各个角落的“旅行者”号、

“海盗”号、

“先驱者”号

等行星探测器,为我们描绘出一张太阳系的水分布图。尽管这些水并不能满足我们的生活需要,却向我们揭示了行星以及卫星的历史,并时刻提醒我们在地球之外存在生命的可能性。

天文学家习惯把地球称为“水世界”,因为其超过70%的表面被咸水、可饮用水以及冰所覆盖。其实在外太阳系,水更加丰盈。土星光环中所包含的水是地球上所有海洋中水的2600万倍。

一颗普通的彗星就携带有数十亿吨水冰。火星和木星之间的小行星带有10%的成分是水。

但在火星轨道以内的内太阳系却并非如此:火星、金星、水星都仅有微量水存在。

水从哪里来

内太阳系行星获得水的途径有许多种。构成它们的原始物质中可能本身就含有大量的水。此后,它们还可以因彗星和小行星的撞击不定期地得到水。

行星形成于一个气体和尘埃盘中。这些尘埃会向这个盘的中平面沉降,在那里凝聚成星子,星子进一步聚集成行星。在这个盘中有一条神奇的分界线,被称为“雪线”,水在那里开始凝固。“雪线”之外会比“雪线”之内拥有多得多的固体团块,因此,巨行星的核心会首先形成。巨行星木星会把小行星抛入内太阳系,由此把水带到内太阳系的其他行星上。

持这一观点的科学家认为,内太阳系形成于相对干燥的环境中,而外围的小行星带则包含了大量的水,其中多达10%的物质以含水矿物的形式出现。地球的大部分水都来自外围的小行星带。

这兴许可以解释为什么金星比地球干燥得多。

金星和地球形成于原始太阳星云中相同的区域,但前者所含的水只有后者的十万分之一。有意思的是,根据目前最广为学者接受的太阳系演化理论,所有的行星都形成于小行星带的外侧区域内,之后再和木星的引力相互作用,才被散射出小行星带。如果行星胚胎是在小行星带的中间区域发育的,那我们就应该能看到小行星带留有缝隙。事实上,小行星带尽管有空隙,但物质分布十分均匀。这就要求小行星带的质量必须很小。如果是这样,地球上的水就不可能都来自小行星带。如果小行星带的质量达到能向地球提供其海洋中所有的水的话,那灶神星(小行星带中一个较大的天体,直径约550千米)所遭受的撞击将远远超出“黎明”号探测器探测到的程度。

科学家曾经认为,地球上的水有很多来自外太阳系的彗星。但今天,这一观点已受到质疑,因为对于从远处进入太阳系腹地的彗星来说,木星的引力就像一道屏障。而且,大多数彗星所具有的氘氢比也与地球上的值迥然有别,小行星的氘氢比则与地球的相仿。

水去了哪里

除非被尘土所覆盖,水无法在真空中长时间存在,也无法在阳光照射下幸存。水星和月球上的一些极深的环形山内终年不见阳光,雷达在那里发现了存在水的迹象。在美国用观测和传感卫星撞击月球南极的时候,也发现了那里有水存在的证据。

行星大气中的氘氢之比可以告诉我们它曾经拥有多少水以及它可能流失了多少水。氘是氢的一种同位素,原子核中除了一个质子之外,原子核还含有一个中子。当水被分解成氢和氧时,较轻的氢会向太空逃逸,而较重的氧则会和其他元素结合,有一种物质却会保持自身的本色,它就是氘。虽然更轻的氢原子会向太空逃逸,氘的丰度却几乎是恒定的。行星上氘的含量为测试该星球氢和水的流失量提供了绝佳的线索。

1978年,美国航空航天局的“先驱者”号金星探测器在金星大气中发现了高浓度的氘,氘和氢的比值是地球的约100倍,暗示金星已有大量氢流失。天文学家认为,这等同于水的流失,因为在内太阳系中,水是占据主要地位的含氢分子,表明金星的过往就是一部流失水的历史。

那么,金星过去是否拥有过类似地球上的海洋呢?

虽然科学家已经建立了多种有关行星如何失去水的理论模型,但他们对这个问题的回答仍很谨慎。有一种观点是,失控的温室效应可以让金星上可能存在的整个海洋都蒸发殆尽。不过,温室效应不会留下氘氢比这样的“同位素信号”。流体动力学也可以部分解释金星上水流失的过程。随着金星大气层增厚,气流会带着水缓缓流失,不会留下氘氢比印迹。此外,还有许多不依赖于热量的水流失机制,它们甚至在今天依然奏效。例如,金星上丰富的硫与水发生反应,生成二氧化硫,并释放出氢原子。有科学家怀疑,金星曾经拥有海洋,因为它的氘氢比暗示,其过去的水量至少是现在的100倍。

更靠近小行星带这一“水源地”的火星是我们相对了解得多的地方。天文学家发现了火星两极的冰冠,近来又发现了其干涸的河谷网络以及曾经可能是浅海的大型盆地。火星车对火星岩石的分析显示,在很久以前,火星上可能有长期存在的咸水湖泊。环火星探测器发现,火星的地表之下可能存在大量的冰。

有两大因素主导了火星上水的流失。首要原因是火星的引力不够强,无法束缚浓密的大气;其次是小行星和彗星的大规模撞击使其大气逃逸。相比地球和金星而言,由于引力小,火星在撞击面前更加脆弱。

有多少水在我们常识之外

除了木星和土星的大气层以及天王星和海王星的核心含有水之外,那里各式各样的冰质卫星也饱含水。在它们的冰幔中,可能藏着从地下湖泊到巨大海洋不等的水体。这些卫星和它们宿主行星之间的轨道共振会加热这些冰,当这种共振达到某一特殊值,引力会加热这两个天体的内部。外太阳系中的许多卫星都处于这样的共振中。

木星的卫星木卫二是地外海洋——甚至可能藏有地外生命——的典范。

这个比月球稍小一些的卫星被一个水冰壳层所覆盖。然而,这一壳层却并非完全是固态的,在它的下面可能有一个深100千米的海洋,但那里也许并不适合潜水艇航行。科学家猜测,其海水可能含盐且呈酸性。木星的另外两颗大型卫星也十分湿润。木卫三

和木卫四

的岩质核心之外都有厚厚的冰壳,在这些冰层下方的深处可能存在海洋。而它们的表面则被一层深色的有机物质所覆盖。

在更遥远的地方,水同样占据着土星、天王星和海王星的卫星,其中土星的卫星土卫二

上的喷泉是其拥有地下水的最直接证据。起初,科学家认为,这些喷泉源自浅湖,但现在有一些人相信,它们源自更深的水体。一种观点认为,土卫二上的地质作用使得其内部海洋的咸水被喷射进太空。此外,土星最大的卫星土卫六也富含水,不过它们都是以地表坚冰的形式存在的。

环绕天王星和海王星的卫星则记录下了过去的地质灾害。天王星的卫星天卫五就展现出过往活动的迹象。虽然天王星的卫星系统目前不具有类似木星系统的长期共振,但它们可能曾经也发生,并且在消亡前也活跃过一段时间。

海王星最大的卫星海卫一

也许是一颗被俘获的柯伊伯带天体。在其被俘获的过程中可能经历了剧烈的加热过程,在它的内部可能具有液态水。在柯伊伯带中还有大量的水冰围绕太阳转动,再往外还有彗星的巨大地盘——奥尔特云。

除了个别几个外,放眼太阳系,到处都能看到水的踪影。从这个角度来看,我们并不特殊。在整个宇宙中,水必定也会遍及行星系统。如果到处都有水,那距离出现生命还会远吗?

水星北极有10亿吨冰

美国航空航天局曾发布消息称,在水星北极的永久阴暗处可能储存有10亿吨冰。这颗离太阳最近的火热的星球,因为没有大气层,热量难以传播,所以拥有太阳系最大的昼夜温差,而在它终年不见阳光的北极,则一直保持着极度低温,那儿藏有大量的冰。这些冰存在于水星永恒的阴暗角落,厚度从50厘米到20米。科学家猜测,水星的南极也存在冰,但是信息探测器还无法靠近那个区域以取得证据。这个探测器于2004年发射升空,2011年3月才到达水星的卫星轨道,这是人类第一次如接近水星。当然,很少有人会觉得水星上有可能存在生命,因为那儿的环境是在是太严酷了。不过,该项目的负责人索罗门认为,这些探测数据对科学家揭示地球上生命形成的早期过程很有帮助,也许,人类是来自其他星球。

灶神星上也有水

灶神星是小行星带中的第二大天体,曾被认为极其干燥。然而,2012年夏天,美国航空航天局的“黎明”号探测器却发现其赤道地区的氢含量超过正常无水岩石天体,这意味着灶神星上可能有水,初步估计,含水量达400ppm(即百万分之一)。相关研究人员认为,一些更小的、富含水的小行星落到灶神星的表面,并给它带来了水。

“黎明”号探测器于2012年9月5日离开灶神星轨道,如今正在向小行星带中最大的天体谷神星前进。谷神星

上也有水,一些科学家甚至推测,它可能拥有一个位于地下的咸咸的海洋。

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(21)[转载]太阳系巧合小辑
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