太阳系中的水，可能比太阳本身还古老

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗，题图来自：IC photo

水，是地球生命赖以生存的重要源泉。与此同时，水对于恒星和行星的形成，也至关重要。

在一项新发表于《自然》杂志的研究中，科学家利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵（ALMA），在我们附近的猎户V883的星周盘中，发现了水的存在。

难以探测的水

当气体和尘埃云坍缩时，它的中心会形成一颗原恒星。在原恒星周围，来自云中的物质会形成一个星周盘。在几百万年的时间里，星周盘中的物质会聚集在一起，形成彗星、小行星，以及行星。

气体和尘埃云坍缩，最终形成行星系统。（图/ESO/L. Calçada）

想要在原恒星周围的星周盘中寻找水的踪迹，是件非常棘手的事。因为在大多数的星周盘中，水都是以冰的形式存在的，难以被探测。

相比之下，气态水更容易被探测，因为气态分子在旋转和振动时可以发出辐射；而固态形式下的被冻结的水分子，其运动更受限制，使探测也更加困难。

一般来说，气态水可以在离星周盘中心很近的地方找到，因为那里更温暖。然而，这些区域通常又会被尘埃盘所隐藏，难以被望远镜观测到。

寻找雪线

当科学家想要观测原恒星中的水时，他们会寻找所谓的雪线（或冰线）。这条线标志着水从主要是冰转为气体的位置。

这张图片显示了原恒星的雪线。年轻恒星的爆发会将雪线推移到离恒星更远的地方。（图/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza）

如果雪线距离原恒星太近，就没有足够多可以被轻易探测到的气态水，而且充满尘埃的星周盘可能会阻隔掉大量的水的辐射。但如果雪线位于离原恒星较远的地方，那么就有足够多可以被探测到的气态水。

猎户V883的情况正是如此。猎户V883是一个原恒星系统，距离地球约1305光年之远。它有着很大的星周盘，其雪线从恒星延伸到80AU的距离外，也就是80倍日地距离。而与此同时，它的温度又足够高，可以让星周盘中的大部分冰冰变成气体。

位于猎户座的原恒星猎户V883。（图/IAU/Sky & Telescope）

H₂O : HDO

水通常由一个氧原子和两个氢原子（H₂O）组成。这次，天文学家研究了一种稍微重一点的水（HDO）的形式，这种水中的一个氢原子会被氘（D，氢的一种重同位素）所取代。

该艺术构想图勾勒了猎户V883与它的最外层的水被冻结成冰的星周盘，中间部分代表的是恒星爆发巨大的能量，将星周盘内部的水加热到气态。图中图代表了星周盘中的水。（图/ESO/L. Calçada）

H₂O和HDO是在不同的条件下形成的，二者之比，或者说氢和氘之比可被用来追踪水的形成时间和地点。例如，在太阳系中，一些的彗星上的水的氢和氘之比，与地球上的水的氢和氘之比相似，这表明彗星可能曾向地球输送过水。

利用ALMA的射电望远镜，科学家对这颗原恒星进行了观测（如下图）。他们观测到了水（橙色）、连续的尘埃介质（绿色）和分子气体（蓝色），并发现那里的水与太阳系中的水，具有相似的氘和氢之比。

因为与一氧化碳相比，水在更高的温度下结冰，所以它只能在离恒星更近的地方以气态的形式被检测到。水和一氧化碳在成像上的明显差距，实际上是由于尘埃发出的明亮辐射造成的，它会减弱气体的发射。（图/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)， J. Tobin， B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)）

相似的起源‍

在这项最新发现之前，科学家可以将地球与彗星联系起来，将原恒星与星际介质联系起来，唯独没能将原恒星与彗星联系起来。猎户V883改变了这一点。

在新的论文中，研究人员总结道，他们认为星周盘直接从恒星形成的云中“继承”了这些水。接着，这些水与一些大型的冰质天体（比如彗星）结合，所以并没有发生实质性的化学变化。而星周盘中的水与太阳系中的彗星上的水非常相似，这证实了这样一种观点：我们太阳系中的水，可能与这颗原恒星的星周盘中的水一样，来自宇宙中的星际介质。换句话说，我们太阳系中的水，可能形成于太阳诞生的几十亿年之前。

参考来源

https://public.nrao.edu/news/water-v883-orionis/

https://www.eso.org/public/news/eso2302/

https://www.eso.org/public/news/eso1626/ 

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