高能炮弹实验揭示小行星如何输送水

用高能炮弹进行的实验表明，富含水的小行星会对行星产生惊人的影响。这项由布朗大学科学家所做的研究，可以揭示水是如何到达早期地球，并有助于解释月球和其他地方的一些微量水的探测。约翰霍普金斯大学的博士后研究员特里克·达利说：水和挥发物起源和运输是行星科学的一个重大问题。他在完成布朗大学博士学位的同时，领导了这项研究。这些实验揭示了小行星向卫星、行星和其他小行星运送水的机制。这是一个始于太阳系形成的过程，并在今天继续运作。这项研究发表在《科学进展》杂志上。

在撞击试验中产生的撞击玻璃样品，像小行星一样的撞击物产生。图片：Terik Daly

地球水的来源仍然是个谜。长期以来，人们认为太阳系内部行星形成了干枯的骨头，后来由于冰彗星的撞击而产生了水。尽管这一想法仍有可能，但同位素测量显示，地球的水与碳质小行星中的水类似。这表明小行星也可能是地球水的来源，但这类运载工具的工作原理还不是很清楚。影响模型告诉我们，撞击应该完全使液化速度影响许多常见系统，这意味着所有的水只包含在高温下蒸发的影响，但大自然往往比我们的模型更有趣，这就是为什么需要做实验。在这项研究中，Daly和Schultz使用的是大理石大小的投射物，其成分与碳质球粒陨石相似，陨石来自远古富含水的小行星。

使用美国宇航局艾姆斯研究中心的垂直射击场，发射的炮弹以每秒5公里(超过11000英里/小时)的速度，以一种由浮石粉末制成的极干目标材料进行爆破。研究人员随后用分析工具对撞击后的碎片进行分析，寻找被困在其中的水的迹象。发现在整个太阳系的碰撞速度和角度上，在撞击后的碎片中有30%的水都被困住了。大部分的水被困在冲击融化中，岩石被撞击的热量融化，然后在冷却过程中重新凝固，在撞击角砾岩中，岩石由撞击碎片的混合物混合而成。这项研究提供了一些关于水被保留的机理的线索。由于碰撞的热量破坏了冲击器的部分，形成了包含在冲击器内部的水的蒸汽羽流。

撞击物和角砾岩正在形成，水蒸汽会被吸收到熔体中，然后形成breccias。因此即使撞击器失去了水，它中的一些也会随着熔体的快速冷却而被重新捕获。这些发现可能对理解地球上的水存在意义重大。碳质小行星被认为是太阳系中最早的天体之一，是太阳系中形成行星的原始巨砾。当这些富含水分的小行星撞向仍在形成地球时，可能会有类似于Daly和Schultz发现的水被纳入行星形成过程的过程。这一过程也有助于解释月球地幔中存在水的现象，因为研究表明月球水也有小行星的起源。这项研究还可以解释后来太阳系的水活动，在月球表面上发现的水，可能是由Tycho冲击器产生的。小行星来源的水也可能是在水星极地发现的冰沉积物。关键在于这为提供了一种机制，让我们知道在小行星撞击地球后，水是如何形成的。这说明了为什么实验如此重要，因为这是模型所忽略的。

博科园-科学科普｜参考期刊：Science Advances｜来自：布朗大学