地球之水从哪里来

水是地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。地球上的水约占到地球表面积的72%。然而，你可曾想过：地球上的水从哪里来？这里的水指地球上最开始时的水。

向传统理论挑战

现在大多数科学家一直认为，地球上的全部水在地球形成之日就先以蒸汽的形式存在于炽热的地心中，然后，在地球最初5亿年的燃烧过程中，水蒸气从火山口爆发出来，冷却而形成河流、湖泊和海洋。他们还认为，地球上的水在缓慢地蒸发，穿越大气层并散逸到太空中去。

可是，美国衣阿华大学一个以天体物理学家弗兰克为首的著名研究小组，向这一传统理论提出了尖锐的挑战，发表了地球上的水可能来自彗星的新假说。他们认为，地球上的水不是来自地心，而是来自太空，是从地球形成之日起才慢慢地注入地球上来的，且其总体积亦在缓慢地增加。

揭开黑色斑点之谜

▲海　水

弗兰克是位一丝不苟的研究学者。关于地球上的水来自彗星的新假说的提出，凝聚了他与他的同事们五年多的心血。1981年，弗兰克与克拉文一起为“动力学探测者—Ⅰ号”卫星研制了一套光学系统，装上了两台可见光摄像机和一台紫外摄像机，用来拍摄大气和大气层中电活动现象的照片。

但是，奇怪的现象也同时出现了。当用紫外摄像机拍照并用计算机着色后，地球受到太阳照射的那一面上空的大气本应形成均匀一致的、明亮的桔黄色。与此相反，科学家们一眼就看到了桔黄色的地轴上布满了很多黑色的小斑点，每个黑色斑点突然出现，停留上几分钟，然后又消失掉。这些黑色斑点是什么？开始时，可能是由于弗兰克正集中精力研究极光、等离子体等而无暇顾及。这一现象并未引起他的重视，只是想当然地认为，它们是由某种电子干扰造成的，并以此来回答其他科学家们提出的疑问。直到1982年底，他的学生利用计算机对卫星照片进行信息处理时，发现计算机“读出”的照片上黑色斑点数据时而运行时而停止的反常现象。这才引起了弗兰克的注意，促使他去揭开黑色斑点之谜。

但那时弗兰克仍然认为这些黑斑是由于卫星在传送照片的过程中，很偶然地受到来自其他卫星、闪电或地面无线电波发射台的干扰而形成的。为了证实这一点，他收集了过去十年间陨星进入大气层的雷达记录，把陨星残骸的运动与黑色斑点的运动进行对比分析。出乎他的意料之外，黑色斑点的运动方式与陨星残骸的运动方式完全一致。这无疑向他表明，同陨星一样，黑色斑点是某种客观存在的物体，而不是电子干扰构成的。因为，若是后者的话，黑斑的运动方式应该完全是随机的，没有任何规律可循。

为了证实黑斑确实是客观存在的物体，1985年，弗兰克又进一步做了如下试验：把紫外摄像机镜头对着大气层外缘的氢气云进行拍摄，发现氢气云恰似“早晨的浓雾”。当他们把镜头的焦点调到氢气云的里面时，他们既惊讶又高兴地看到了“几十个黑色的大圆盘”从大气层外起飞，然后落入大气层之中，朝着地面迎面飞来。这些圆盘开始时很小，但随着时间的推移，变得越来越大，越来越黑。这一观测结果，不容置疑地向他们表明：黑色斑点的确是客观存在的某种物体。弗兰克还估算出，这种物体的直径大约在48千米左右。

那么，它们究竟是什么物体呢？弗兰克等人提出了各种各样的假设，但又很快一一放弃了。

最后，弗兰克研究小组对大气中所有数量充足的分子一一进行了分析。他们发现，只有水分子才能吸收频带足够宽的波长而呈现黑色。这使他们确信，照片上的黑色斑点是由于高层大气中存在着由大量的水分子聚集而形成的气体云造成的。那么，如此之多的水分子是从哪儿来的呢？正是从那时起，他们才把目光转向彗星，即银河中往返运动着的冰雪球。他们计算出，冰球的直径必须为9～12米，并要覆盖有足够厚的松软的雪，才能在大气外层形成48千米宽的气体云。于是，照片上的黑色斑点的出现和消失就得到了圆满的解释；当彗星进入大气层，在大气摩擦、太阳辐射和地球引力的作用下被粉碎而形成云时，就出现黑斑；当云以水蒸气形式消散到大气下层时，黑斑也就消失。黑色斑点之谜终于被揭开了。

▲湖　水

提出水来自彗星的假说

1986年5月，弗兰克研究小组在《地球物理评论通讯》杂志上发表了他们的研究成果，提出了地球上的水可能来自彗星的新假说。在太阳系中存在着一个由冰雪球组成的彗星海。彗星海中每一颗彗星的体积并不比一间住房大多少，犹如沧海一粟。因而在太阳系这个大家族中一点也不引人注目，但它们的数量却多得惊人。自45亿年前地球诞生以来，它们就在地球引力的作用下，以20马赫的速度和每分钟大约20颗的数量，即每小时1200颗、每天28800颗的数量，成群结队地向地球冲来，日复一日，从未间断。当它们到达距地面1400～2400千米的高度时，引力作用、太阳辐射和大气摩擦的撞击力结合在一起，把它们击得粉碎，变为细小的冰微粒消散到稀薄的大气流中去，最终以雨或雪的形式降落到地面，使地球的宽度每年约增加四千分之一厘米。这使地球在经历过地质年代之后，就足以形成我们今天所知的河流、湖泊和海洋。

▲河　水

假说的重要价值

如果弗兰克的假说是正确的话，将能够用来解释大量的地球物理学之谜。例如，当更多的彗星来到地球，形成足够厚的球状冰云覆盖地球、遮挡阳光时，恐怕就出现了冰河时期。由于该覆盖层引起了剧烈的气候变化，从而导致我们所知的整个生物物种包括恐龙的大量灭绝。又如，当复杂的有机物分子被包在冰雪覆盖着的彗星内部时，完全能够安全地穿越大气层而降落到地面上，从而可能为地球上的生命来自宇宙空间这一长期设想提供新的凭证。

彗星海不仅向地球输送了大量的水，而且可能曾向木星和天王星中某些表层至今仍然是冰的卫星输送过水。火星两极的白色冰帽可能就是彗星冰，而神秘的火星运河则可能是在火星的青春期被流动的彗星水冲刷出来的。同样，土星光环之间的辐射带，很可能是彗星飞快地从一个光环冲向下一个光环时扬起的尘埃造成的。

由于这一假说涉及生命的起源、海洋、冰河时期和火星运河的成因等多个领域，因此，自然受到了有关科学家们的极大关注。尽管有少数科学家对这一假说提出了各种疑问，但是，正如《地球物理研究通讯》杂志编辑、美国航空航天局所属的马歇尔空间飞行中心空间科学实验室主任德斯勒所说的，弗兰克的假说是“十多年来最激动人心的新思想”，谁都无法“立即摒弃这一思想”。但终究还是假说，是否正确还需要科学的论证。