天文学家发现太阳系中水的缺失环节
使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列 (ALMA)，天文学家在恒星 V883 Orionis 周围的行星形成盘中检测到了气态水。这种水带有一种化学特征，可以解释水从恒星形成气体云到行星的旅程，并支持地球上的水比我们的太阳还要古老的观点。
“我们现在可以将太阳系中水的起源追溯到太阳形成之前，”国家射电天文台的天文学家、今天发表在《自然》杂志上的这项研究的主要作者约翰·J·托宾说。
这一发现是通过研究 V883 Orionis 中的水成分而得出的，V883 Orionis 是一个距离地球约 1300 光年的行星形成盘。当一团气体和尘埃坍缩时，它会在其中心形成一颗恒星。在恒星周围，来自云的物质也形成了一个圆盘。在几百万年的过程中，圆盘中的物质聚集在一起形成彗星、小行星，最终形成行星。托宾和他的团队使用 欧洲南方天文台 (ESO) 是合作伙伴的ALMA来测量水的化学特征及其从恒星形成云到行星的路径。
水通常由一个氧原子和两个氢原子组成。托宾的团队研究了一种稍重的水，其中一个氢原子被氘取代—— 氢的一种重同位素。因为简单水和重水在不同条件下形成，它们的比例可以用来追踪水形成的时间和地点。例如，一些太阳系彗星的这一比例已被证明与地球上水的比例相似，这表明彗星可能向地球输送了水。
水从云层到年轻恒星，然后从彗星到行星的旅程之前已经被观察到，但直到现在，年轻恒星和彗星之间的联系仍然缺失。“在这种情况下，V883 Orionis 是缺失的一环，”托宾说。“圆盘中水的成分与我们太阳系中的彗星非常相似。这证实了行星系统中的水在数十亿年前形成的想法，比太阳还早，在星际空间中，并且已经被彗星和地球继承，相对不变。 ”
但事实证明，观察水很棘手。“形成行星的圆盘中的大部分水都被冻结成冰，所以我们通常看不到它，”共同作者、荷兰莱顿天文台的博士生 Margot Leemker 说。由于分子在旋转和振动时发出的辐射，可以检测到气态水，但是当水冻结时，分子的运动受到更多限制，这会更加复杂。在靠近恒星的圆盘中心可以找到气态水，那里温度更高。然而，这些近距离区域被尘埃盘本身所隐藏，而且也太小而无法用我们的望远镜成像。
幸运的是，V883 Orionis disc 在最近的一项研究中显示 异常热。来自恒星的剧烈能量爆发加热了圆盘，“温度上升到水不再以冰的形式，而是气体的温度，使我们能够检测到它， ”托宾说。
该团队使用智利北部的一系列射电望远镜 ALMA 来观察 V883 Orionis 中的气态水。由于它的灵敏度和辨别小细节的能力，他们能够检测到水并确定其成分，以及绘制其在圆盘内的分布图。通过观察，他们发现这个圆盘所含的水量至少是地球所有海洋水量的 1200 倍。
未来，他们希望使用 ESO 即将推出的 超大望远镜 及其第一代仪器 METIS。这种中红外仪器将能够解析这些类型圆盘中水的气相，加强从恒星形成云到太阳系的水路径的联系。“这将使我们更全面地了解行星形成盘中的冰和气体， ”Leemker 总结道。
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