随着对彗星的深入研究，地球上为何有如此多的水，使得我们这块“蓝色大理石”能够维持数量惊人的生命存在，这一谜题的答案正在变得逐渐清晰。彗星就像由岩石、灰尘、冰和其它冰冻的化学物质组成的脏雪球，当它们靠近太阳时，这些化学物质就会蒸发，从而产生图片中所看到的彗尾。一项研究表明，许多彗星上的水可能与地球上的水有着共同的起源，这进一步证实了一种观点，即彗星在数十亿年前为地球产生水的过程中发挥了关键作用。

图解:彗星、冰粒和地球海洋的插图。索菲亚在维尔塔宁彗星的冰粒中发现了线索，表明彗星和地球海洋中的水可能有一个共同的起源。来源：NASA/Sofia/L.Cook/

“索菲亚”同温层红外天文台是世界上最大的机载天文台。在2018年12月至9月46P/Wirtanen彗星最接近地球时“索菲亚”天文台对其进行了观测。从天文台收集的数据发现，这颗彗星含有“类似海洋”的水。科学家们在一项研究中提出，将这一结果与其他彗星的信息进行了比较，发现向地球输送水的彗星比之前认为的要多得多。这些发现发表在《天文学和天体物理学快报》上。

“我们已经在太阳系的外围发现了一个类似地球的巨大水库，”位于加州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室的科学家、该研究的第一作者达莱克·利斯(Darek Lis)说。“正如我们所知，水对生命的发展至关重要。我们不仅想知道地球上的水是如何输送的，还想知道这个过程是否适用于其他行星系统。”

脏雪球

行星是由围绕恒星旋转的圆盘状残骸形成的，小残骸可以粘在一起，并随着时间的推移变得更大。剩余的残骸仍然存在于我们太阳系的区域，比如海王星以外的柯伊伯带，或者远超冥王星的奥尔特云。彗星通常来自这些区域，但只有当它们运行到足够接近太阳的距离时，我们才能看到它们。来自太阳的热量使一些“脏雪球”蒸发，形成了在彗星图片中看到的水汽、尘埃和冰粒的模糊光环或“彗发”。

科学家们预测，地球海洋中的水或来自于早期太阳系中撞击地球的携带水的天体，类似于今天富含冰的小行星或彗星。但是科学家们也不知道这些物体在形成盘的何处起源。

水的种类

水的分子式为H?O，因为一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。但是使用特殊的仪器，科学家可以探测到两种类型的水:普通的水--H?O和半重水--HDO，即其中仅一个氢原子内有且仅有一个称为中子的粒子被称为半重水。科学家们比较了彗星中半重水和普通水的含量比例。如果彗星的这些水的比例与地球上的海洋相同，这表明这两种水可能有一个共同的来源。

但衡量这一比例是很困难的。只有当彗星经过地球附近时，地面和太空望远镜才能够研究彗星到这种程度的细节，而像罗塞塔这样直接登陆彗星的任务很少见。自上世纪80年代以来，科学家们只能在大约12颗彗星上研究这一比例问题。此外，由于地球大气中的水分阻碍了彗星的水分特征，因此很难在地面直接研究彗星的地表水分特征。

观察结果

索非亚在地球大气中的高空进行观测，这样可以避免大部分水汽的干扰使她能够准确地测量维尔塔宁彗星中普通水和半重水的比例。数据显示，维尔塔宁彗星的水比与地球上的海洋相似。当研究小组将索菲亚的数据与之前对彗星的研究进行比较时，他们发现了一个惊人的共性。普通水和半重水的比例与彗星的起源无关——不管它们是来自奥尔特云或是柯伊伯带。

相反，这与彗星彗发中的冰粒释放出的水的数量有关，而不是直接从被冰雪覆盖的表面释放出来的水的数量。这可能意味着所有的彗星都可能有一个类似地球海洋的水重比比例，并且它们可能已经向地球输送了大量的水。“这是我们第一次将所有彗星的水重比与正弦因子联系起来，”巴黎天文台(Paris Observatory)和法国国家科学研究中心(French National Center for Scientific Research)的科学家多米尼克·波克利-莫尔万(Dominique Bockelee-Morvan)说。“我们可能需要重新思考如何研究彗星，因为从冰粒中释放出来的水似乎比从表面冰中释放出来的水更能反映整体水的比例。”