地球上的水从哪里来？

这个问题听起来简单，却困扰了科学家几十年。有人说是彗星撞击带来的，有人说是小行星运输的，还有人认为地球诞生时就自带了一部分。争论一直没有定论。

但现在，美国卡内基科学研究所的一项实验给出了一个令人意外的答案：水，很可能是行星形成过程中自然产生的副产品。换句话说，只要条件合适，行星在诞生时就会自己造水。

这个发现意味着，宇宙中那些最常见的行星类型，可能普遍富含水。而水，正是我们寻找外星生命时最关心的指标。

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银河系里最多的，是什么行星？

在已经发现的6000多颗系外行星中，数量最多的是一类叫作亚海王星的行星。它们的个头比海王星小，但比地球大，质量也比地球重不少。科学家推测，这些行星有着岩石内核，外面包裹着厚厚的氢气大气层。

亚海王星之所以重要，是因为它们提供了一个观察岩石行星早期状态的窗口。我们的地球也是岩石行星，但已经度过了46亿年的漫长岁月，早期的痕迹几乎被抹去。而那些年轻的亚海王星，可能正处在类似地球婴儿期的阶段。研究它们，就像是通过别人家的孩子，回溯自己家孩子的成长史。

卡内基科学研究所的弗朗西斯卡·米奥齐和阿纳特·沙哈尔领导的团队，决定用实验来模拟这些行星的诞生过程。他们想知道，在行星形成的早期，大气和岩浆海洋之间会发生什么化学反应。

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用钻石夹出来的岩浆海洋

行星是怎么诞生的？简单说，就是恒星周围的尘埃和气体慢慢聚集、碰撞、融合，越长越大，也越来越热。当这些原始行星体相互撞击时，巨大的能量会把整个星球融化成一片岩浆海洋。

在行星的婴儿期，它的表面是一片滚烫的岩浆海，温度高达数千摄氏度。同时，它被一层厚厚的氢气大气包裹着，就像盖了一床保温被，让岩浆海洋可以在数十亿年里保持液态。

要在实验室里重现这种极端环境，谈何容易。米奥齐团队的方法听起来有些疯狂：他们把代表岩浆的富铁硅酸盐样品，夹在两颗钻石的尖端之间，然后使劲挤压，同时加热。最终，他们把样品压缩到了近60万个大气压，温度则飙升到4000多摄氏度。

这个压力有多大？大约相当于把一头成年大象踩在一个指甲盖上。而4000多度的高温，已经接近地球外核的温度，足以让几乎任何物质都变成熔融状态。

在这样的极端条件下，他们让氢气和岩浆直接接触，模拟年轻行星大气与岩浆海洋的互动。

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两个关键反应

实验结果让人振奋。研究团队发现了两个关键过程。

第一，大量的氢气溶解进了岩浆里。这些氢原子会钻进岩浆的分子结构中，改变岩浆的性质。以前的数学模型预测过这种现象，但真正在实验中证实，这还是第一次。

第二，岩浆中的氧化铁和氢气发生了化学反应，生成了大量的水。这个过程不需要外界输入任何水源，完全是行星自己制造出来的。

把这两个过程放在一起看，意义就非常重大了。年轻的行星一边往岩浆里储存氢气，一边制造水。随着行星逐渐冷却，岩浆凝固成地壳，那些溶解在岩浆里的氢和生成的水，就被封存在了行星内部。之后，它们可能通过火山喷发释放到地表，形成海洋；也可能一直藏在地下深处，影响着行星内部的结构和化学成分。

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水，是行星的标准配置

这项研究最激动人心的地方在于，它表明水的产生不是偶然事件，而是行星形成过程中的必然结果。只要有岩浆海洋，只要有氢气大气，只要温度和压力到位，水就会自然生成。

这意味着，宇宙中那些数量庞大的岩石行星和亚海王星，很可能在诞生之初就获得了水的馈赠。我们不需要再依赖彗星撞击或小行星运输这样的偶然事件，来解释行星上的水从何而来。水，很可能是行星的出厂标准配置。

对于寻找外星生命来说，这是个好消息。液态水被认为是生命存在的必要条件。如果水是行星形成的自然产物，那么宇宙中适合生命存在的环境，可能比我们想象的要普遍得多。那些遥远的岩石行星，那些我们只能通过望远镜观测到的光点，或许正在它们的地表或地下，孕育着我们尚未发现的生命形式。

当然，有水不等于有生命，但至少，这扇门是敞开的。我们现在知道，宇宙在制造行星的同时，也在批量生产生命所需的基本要素。接下来的问题是，在这些拥有水的世界里，生命是否真的出现了。这个答案，还需要更多的观测和探索来揭晓。

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图源：Navid Marvi/Carnegie Science

信源：Experiments reveal extreme water generation during planet formation, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09816-z