超高速衝擊實驗顯示小行星撞擊如何將水「輸送」到早期地球

現在地球大約四分之三的面積被海洋覆蓋，但科學家尚不清楚這些水源自哪裡。一個建議的情景表明，可能是小行星將水輸送到極為乾燥的早期地球，但這尚未得到證實。現在，布朗大學的科學家們已經使用高性能「大炮」對這一理論進行了測試，並發現在這個過程中轉移了大量的水。

研究共同作者 Pete Schultz表示：「衝擊模型告訴我們，衝擊器應該在太陽系中常見的許多衝擊速度下完全揮發，這意味著它們所包含的所有水僅在衝擊的熱量中沸騰。但是大自然有比我們的模型更有趣的傾向，這就是為什麼我們需要做實驗。」

因此，研究人員開展了物理實驗，以測試通過小行星撞擊可以沉積多少水。對於這項研究，該團隊使用與碳質球粒隕石相似的大理石大小的彈丸。炎熱的早期地球的替代品是由浮石粉製成的材料。

科學家們使用NASA艾姆斯研究中心的「垂直射擊靶場」以18,000公里/小時的速度向目標材料發射射彈。碰撞後，小組分析了碎片，看看有多少水轉移到了目標上。研究小組發現，衝擊的熱量確實使水沸騰了，但不是變成蒸汽，而是被困在留下的岩石碎片中。在碰撞中，撞擊表面和隕石熔化，然後冷卻並重新凝固，形成新的岩層，稱為碰撞熔體和角礫岩。研究人員發現這些地層含有高達30％的太空岩石原始含水量。

Schultz表示：「我們建議的是，水汽在形成時會被融入熔體和角礫岩中。所以即使衝擊器失去水，其中一部分會在熔體快速淬火時被重新捕獲。」

在太陽系形成初期，行星、原行星和小行星之間的碰撞事件頻繁發生。布朗團隊的實驗表明，這可以解釋為何地球會蘊含大量水。這也可能解釋了太陽系其他天體中發現的水。

該研究的首席研究員Terik Daly表示：「水和揮發物的來源和運輸是行星科學中的一個重大問題。這些實驗揭示了一種機制，通過這種機制，小行星可以將水輸送到衛星、行星和其他小行星，這一過程始於太陽系形成並在現在繼續運行。」

該研究發表在《科學進展》雜誌上。

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