科学家们真的拿出了大炮来研究水的起源

地球上到处都是水。水要么冲击海岸，要么冲击屋顶，要么从水龙头滴落，要么就在你刚踏足的地方汇聚。​​但这些水是怎么来的呢？

这个问题多年来一直困扰着行星科学家。地球、火星、金星和水星等行星是否在形成时就由太阳系内部的尘埃和热量干燥而成，后来才被来自冰冻彗星的水分所覆盖？还是干燥的小行星和小行星碰撞带来了潮湿的物质？

“水对于我们所知的生命至关重要，对于行星的演化也至关重要。水会改变岩石的行为方式，因此水到达地球的时间确实会影响其地质演化，”行星地质学家 Terik Daly 说道。“我们早就知道小行星和彗星携带水，水可能就是这样来到地球的。但这个过程的细节一直像个黑匣子。”

计算机模型开始为我们提供这些问题的答案。但这些模型的作用有限。要真正了解这种供水系统是如何工作的，你需要观察它的发生。但众所周知，陨石撞击是不可预测的，因此研究人员决定借助美国宇航局艾姆斯研究中心的超大枪来制造自己的系统。这项由戴利领导的研究刚刚发表在本周的《科学进展》上。

“撞击模型告诉我们，撞击体在太阳系常见的撞击速度下应该会完全挥发，这意味着它们所含的所有水都会在撞击产生的热量下蒸发掉，”研究报告的合著者、地球科学家皮特·舒尔茨在一份声明中说。“但大自然往往比我们的模型更有趣，这就是我们需要做实验的原因。”

美国宇航局于 20 世纪 60 年代建造了艾姆斯垂直炮靶场，以帮助从事阿波罗计划的研究人员了解月球表面的状况。科学家们仍然用它来撞击物体，以便真实地观察通常只能由计算机模拟的东西。

为了模拟富含水的小行星撞击另一颗小行星表面的情景，研究小组将不大于 BB 弹的岩石弹丸发射到一层薄薄的浮石粉中。浮石是熔岩快速冷却时形成的玻璃，这种粉状物质可能与小行星的表面相似。他们将浮石加热一个半小时，温度超过 1500 华氏度，以烘干浮石中的水分。

将水输送到这种干燥粉末中的是蛇纹石颗粒，蛇纹石是地球上发现的一种矿物，其分子结构中已经含有大量的水——在被称为碳质球粒陨石的陨石中也发现了这种物质。

垂直枪装好弹药，将装有超干浮石的托盘排列在枪下，然后……砰！一秒钟内，一切就结束了。

蛇形弹丸以超过每小时 11,000 英里的速度撞击浮石表面，撕裂支撑它的薄聚酯薄膜托盘。岩石碎片飞散，冲击力足以熔化岩石和浮石的部分，形成玻璃。玻璃杯中盛有水。

撞击产生的水并没有直接蒸发，而是留存了下来。一部分水留在了撞击浮石表面时被炸开的弹丸碎片中，但大部分水都混入了熔融玻璃中。如果这是一次真正的小行星撞击，那就意味着仍然有大量的水被输送到目标上。

结果仅显示了小行星撞击另一颗小行星时的情况，而不是小行星撞击地球或月球等较大物体时的情况。模拟这些撞击需要更强大的设备，但这告诉我们很多有关该过程如何作用于较大物体的信息。

“我们在实验室里做的实验很小，而行星和小行星则很大。但我们利用实验室里看到的东西，努力去理解它们，利用我们所知道的关于撞击如何在大尺度上发生，并利用这些原理来指导我们如何解释这些实验的结果，”戴利说。

例如，地球科学家知道月球上的撞击速度比他们在实验室中观察到的速度要高得多。他们还知道，以更高速度发生的撞击会产生更多的熔化物质。如果月球上的撞击熔体以与实验中的熔体相同的方式捕获水，那么实验机制应该在更大规模上成立。

理想情况下，戴利和同事们希望更仔细地观察太阳系中表面有水痕迹的小行星，看看那里的水含量是否与他们的实验结果相符。这可以帮助研究人员了解当今太阳系的一些基本动态，并深入了解我们的太阳系和地球是如何形成的。

戴利说：“水的起源、水从何而来以及如何来到这里的整个问题，对于理解地球的形成和演化，以及从更大的范围上讲，它如何变成今天的样子，确实至关重要。”