地球上的水是哪里来的？有人说是木星的＂礼物＂

根据史密森尼的说法，当谈到早期太阳系时，木星非常关心地球。从某种程度上来说，这颗气态巨行星就像是地球的保护者，它的重力会喷射出危险的碎片向地球奔去。与此同时，木星也可能将物质抛入太阳系，导致富含氢的小行星和行星胚胎与其他类地行星碰撞。

照片:科学家加布里埃尔·费塞特利用美国国家航空航天局朱诺号宇宙飞船的数据创建了这幅木星南极的彩色图像。

现在，研究人员认为木星和其他气态巨行星可能在这个过程中对岩石行星贡献了另一个重要的东西——水。这些巨大的行星可能会将太阳系外富含水的碎片抛到岩石行星上。新的研究表明，这种液体(生命的关键组成部分)的转移可能不是偶然或幸运的。相反，所有外围有气态巨行星的系统都应该能够让富含水的物质自动落在多岩石的内行星上。

当这些气态巨行星完全发育时，它们喷射出的碎片可能是危险的。但是在它们出生的关键阶段，它们将富含氢的物质抛入地壳和地幔，然后与氧结合成水。法国波尔多大学的天文学家肖恩·雷蒙德(Sean Raymond)说:“在形成过程中，气态巨行星将大量的行星胚胎分散到各处，有些撞上了类地行星。”通过模拟早期太阳系中气态巨行星的角色，雷蒙德发现不同大小的气态巨行星不可避免地将富含水的物质抛入太阳系内部。当液态水落到地表时，岩石行星可能会留住它们。

当然，正如我们在地球上所知，水是生命进化的一个关键因素。因此，在太阳系外狩猎时，能容纳这种珍贵液体的岩石行星被认为是外星生命的最佳猎场。自20世纪80年代以来，研究人员一直试图确定水是如何到达地球的。今天，富含碳的小行星似乎是主要的怀疑对象。

在年轻的太阳系中，碰撞频繁发生，天体的轨道经常相互交叉。早期的小行星很容易受到其他行星近距离碰撞的影响。这些行星的重力将它们抛向岩石行星。天体化学家科内尔·亚历山大说:“我认为这是一个非常有趣的故事。如果你试图理解可居住行星是如何诞生的，这是最基本的理解。”

大约45亿年前，太阳形成时产生的气体形成了行星。这种气体已经存在了数百万年，影响着行星的运动和它们富含岩石的成分。温度上升意味着氢，水的一种组成元素，被困在远离地球的太阳系较冷部分的冰中。看来我们的星球注定是一片不毛之地。到底发生了什么？

一个可笑的简单概念

近年来，我们太阳系的模型显示，这些气态巨行星在最终到达它们目前的位置之前，可能经历了“复杂的舞蹈”。海王星和天王星可能比今天更靠近太阳。最终，他们向外迁移，一路上改变了地方。这一过程被称为“尼斯模型”，据信在太阳系形成后约6亿年，在后期发生了猛烈的撞击，达到了冰撞击的顶峰。

土星和木星可能经历了更痛苦的旅程，在进入太阳系内部的途中穿过年轻的小行星带，然后向外返回。一路上，他们还把小行星撞向了地球。这就是雷蒙德在2008年帮助开发的“大策略”模型。大约在那时，雷蒙德开始对木星如何影响太阳系早期的水传输感兴趣。然而，他的建模过程受到了一个小程序问题的阻碍，他似乎无法克服这个问题。直到近十年后，博士后安德烈·伊济多罗帮助解决了这个问题。

雷蒙德沮丧地说，“伊兹多罗花了半个小时才发现困扰我多年的问题。我真的很高兴他找到了解决方案，这样我们就可以继续这个项目了。”在新模型中，随着气态巨行星变得越来越大，消耗越来越多的物质，其不断增加的重力将使附近的胚胎行星变得不稳定。仍然存在的星云气体的阻力影响着碎片穿过太阳系的方式，并把一些碎片送入太阳系内部。其中一些物质被困在小行星带，被富含碳的小行星吸收。这些小行星上的水与地球非常相似。

雷蒙德说，最初，这些富含碳的小行星散布在很广的区域，是地球和太阳之间距离的5到20倍。他说:“它必须覆盖整个太阳系。”但是研究富含碳的小行星的亚历山大怀疑这个区域较小，大多数人怀疑它们是在木星轨道之外形成的。尽管如此，亚历山大认为雷蒙德的模型很好地解释了富水物质是如何被输送到地球的。他称这一假设“完全合理”。亚历山大说:“这是将这些挥发物带到地球形成区域的最佳方式。”

这个模型留下了几个悬而未决的问题，比如为什么早期太阳系的质量如此之小。雷蒙德承认:“这是一个需要连接的关键部分。”然而，他说，该模型有助于填补一些空白，包括为什么地球上的水与外带小行星上的水相似，而不是与内带干燥小行星上的水匹配。

他说:“这是木星和土星增长的简单结果。”

寻找一个水资源丰富的世界

在雷蒙德的模型完成之前，研究人员认为这是太阳系外行星的一种不寻常的舞蹈，它将水送入太阳系内部，使地球远离干燥的未来。如果这是真的，这对其他星球来说将是个坏消息。因为这些气体巨擘可能仍然是局外人，永远不会远离他们的出发点。新模型显示，任何气态巨行星都会因其形成而向内喷射湿物质。尽管木星大小的行星是最有效的，雷蒙德发现任何大小的气态巨行星都能引发类地行星的增长。

这对寻找太阳系以外的水行星的研究人员来说是个好消息。在我们自己的太阳系中，这个模型显示了太阳系外的冰以三个波的形式落在地球上。第一次是木星膨胀时，第二次是在土星形成时触发，第三次可能发生在天王星和海王星向内移动时，然后它们被另外两个行星阻挡并被送回太阳系外围。

行星科学研究所专门研究太阳系早期行星的形成和演化的研究员大卫·奥布赖恩说:“我认为最酷的事情是，它基本上意味着对于任何有巨大气体行星和类地行星的太阳系外系统来说，这些巨大的行星向类地行星送水。这为研究可居住行星提供了许多可能性。”

不幸的是，到目前为止，我们没有很多类似的系统可以比较。大多数已知的系外行星都与美国宇航局的开普勒计划有关。奥布赖恩说，开普勒对轨道小于地球的行星最为敏感，在太阳系外很难探测到气态巨行星。观察小岩石行星也更具挑战性，但这并不意味着它们不在那里，只是意味着我们还没有找到它们。

但是如果这样一个系统存在，雷蒙德的研究表明岩石行星应该富含我们认为是活体的液体。奥布莱恩说:“如果有类地行星和巨型行星，这些巨型行星可能会为类地行星提供大量水。”