地球上的水可能比太阳还古老？宇宙“重水”揭示水分子穿越星际的史诗之旅

想象一下：你喝下的这杯水，它的分子可能在太阳诞生之前就已经存在。

最近，一项由ALMA（阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列）望远镜完成的重大发现。

这幅艺术作品展示了普通水与重水如何起源于巨分子云，并被纳入年轻恒星周围的行星形成盘之中。

图片来源：NSF/AUI/NRAO/P. Vosteen, B. Saxton

为这个大胆的猜想提供了证据：科学家首次在一颗年轻恒星周围的行星形成盘中，检测到了“重水”，并由此证明，构成行星系统的水分子，源自于恒星诞生前的遥远星际分子云，并“原封不动”地穿越了宇宙洪荒！

“重水”登场：什么是水的“古代身份证”？

要理解这项发现的重要性，我们首先要知道什么是“重水”（Heavy Water）。

普通水的分子式是 H2O，由两个氢原子和一个氧原子构成。

普通氢原子的原子核只有一个质子。

氘（Deuterium, D），是氢的同位素，它的原子核有一个质子和一个中子，质量略重。

重水，则是两个氢原子被两个氘原子取代，分子式是 D2O。

这种“重”水的含量比例，就像是水的“身份证”，记录了它的形成历史。在我们的太阳系中，彗星和行星上都有重水的存在，其重水与普通水的比例，正是科学家追溯水分子起源的关键线索。

突破性发现：水分子如何穿越星际？

长期以来，科学家们一直争论：行星和彗星上的水，究竟是在年轻恒星周围的盘内“新鲜”形成，还是继承自古代、寒冷的星际云？

ALMA 对一颗名为V883 Orionis（位于著名的猎户座大星云区域，距离地球 1350 光年）的年轻恒星观测，给出了决定性的答案。

这是ALMA拍摄的猎户座V883恒星周围行星形成盘的图像。

图片来源：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza

如果水分子在 V883 Ori 的行星盘内经过年轻恒星的剧烈爆发而分解、并重新形成，那么重水的比例会很低，与太阳系内测得的比例相似。

然而，ALMA 的测量结果是：

V883 Ori 盘内重水与普通水的比例，与在尚未形成恒星的分子气体团中观察到的比例完全相同。

这个比例比水在行星盘内被分解和重组后应有的比例高出两个数量级。

带领这项研究的米兰大学学者 Margot Leemker 表示：“我们的检测毫无疑问地表明，在这个行星形成盘中发现的水，一定比中心的恒星更古老，形成于恒星和行星形成的最早期阶段。”

水的史诗旅程：从星际冰粒到地球海洋

这意味着，地球上的水最初是作为冰粒，附着在尘埃颗粒上，存在于孕育猎户座大星云的巨型分子云中。

当引力导致分子云坍缩形成V883 Ori这颗年轻恒星时，这些古老的冰粒被吸入恒星周围的行星形成盘。由于 V883 Ori只有 50 万年的“星龄”，且仍处于演化早期，这些来自星际云的原始水分子还未被恒星产生的热量完全破坏和重组。

简而言之：这项发现提供了一个“缺失的环节”，水分子在宇宙中的旅程是：

分子云冰粒行星形成盘彗星行星（包括地球）

正如美国国家射电天文台的John Tobin所说：“这一发现是水从星际云到构成行星系统的物质，未被改变且保持完整地穿越旅程的第一个直接证据。”

这项研究已于10月15日发表在权威期刊《自然·天文学》（Nature Astronomy）上。地球生命的根源，可能比我们想象的更加古老和深邃！

参考

[1]https://www.space.com/astronomy/exoplanets/scientists-discover-exoplanet-forming-disk-with-water-older-than-the-star-it-orbits

[2]https://www.nature.com/articles/s41550-025-02663-y