如果你在某个周末前往荷兰莱顿的诺德韦克海滩，你很有可能会遇到一位60多岁的女性，她可能在沙滩上悠闲地漫步，也可能在水里闲适地游泳，这片海域能让她放松，有助于她保持头脑的清醒。在那片土地生长的人似乎总是不可避免地会与水发生联系，她也不例外。如果有你有幸与她交流，那么她很可能会跟你谈到一个或许没有人会发问却异常深刻的大问题：水，从何而来？
这位总是一边感受着海洋的浩瀚、一边思考着水的宇宙起源的女性名叫Ewine van Dishoeck，她是一名天体化学家。在上个世纪80年代，她的研究工作彻底改变了我们对宇宙化学的理解，她也因这些发现而获得了2018年的Kavli天体物理学奖。
○ Ewine van Dishoeck在诺德韦克海滩上。| 图片来源： Quanta Magazine
在过去的30年里，van Dishoeck一直试图解开的谜题，便是地球上的水有着怎样的宇宙起源。她的发现得出了一个惊人的结论：水分子比太阳更加古老。
在莱顿大学，van Dishoeck和同事通过结合理论、观测和实验发现，水起源于气体和尘埃组成的星际云。在45亿年前，星际云在引力的作用下坍缩，形成了今天的太阳系。在那片古老的云团里，尘埃颗粒与氢原子和氧原子不断碰撞，使得这两种原子得以彼此相遇，接着在周围的气体中结合在一起。于是，冰就开始堆积在这些尘埃颗粒的表面之上。
Van Dishoeck说：“我们在地球上看到的所有水，以及为我们身体里的所有（水）分子，早在太阳系中坍缩的星际云的尘埃颗粒表面形成。”
○ 诺德韦克海滩上的沙子、海水与贝壳。| 图片来源： Quanta Magazine
当她走在诺德韦克海滩的沙粒之上时，她会陷入沉思——在太阳系的形成过程中，星际尘埃颗粒以及水都扮演着怎样的角色？覆盖在表面上的冰使尘埃颗粒具有粘性，这一点至关重要，因为这意味着当星际云向内坍缩形成原太阳后，在其轨道上呼啸而过的冰粒在相撞时会粘在一起。这些颗粒先是长成小小的鹅卵石，然后长成巨石，接着长成星子……最终在经过多次剧烈碰撞后，形成了行星。
换句话说，水不仅对行星上的生命至关重要，更是促进了行星本身的生长。在遥远的星际云中，Van Dishoeck和她的同事也观察到了大量冰的痕迹，这表明同样的故事在整个宇宙中不断地重演，也就是说有水存在的行星世界或许并不罕见。
除了经常去海滩之外，van Dishoeck也像许多的自然科学家一样，喜欢徒步旅行和露营。陪伴她一同前往的是另一名天文学家——她的丈夫。她说：“灵感是双向的。有时候，你已经有了一个已在不断研究的想法，然后突然间，你发现你在自然界也看到了相同的东西。反之亦然——自然也会将其他想法带来给你。”
每年夏天，这对夫妇都要在美国西部度过两周时间，关掉笔记本电脑和手机。他们今年安营扎寨的地点位于内华达山脉东部那白雪皑皑的火山之间，这里的风光曾经为van Dishoeck带来灵感。
○ 白雪皑皑的内华达山脉。雪线是年降雪量与年消融量相等的平衡线，在雪线以上，年降雪量大于消融量，降雪逐年加积，形成常年积雪。| 图片来源：G. Thomas
雪线标示着水从气态转变为固态的高度，这向她暗示，同样的现象也发生在星际云以及从中产生的行星系统中。在远离恒星的雪线处，覆盖在尘埃颗粒上的冰会维持冻结状态，这使得颗粒更有粘性，从而帮助行星长得更大一些。我们地球最大的邻居——木星，就刚好越过太阳系的雪线。
van Dishoeck说：“我有过的一些最好的想法，无疑是在我身处大自然之中时产生的，那些地方有水、有雪，还有冰。”
地球上之所以有水，或许正是由于在太阳系外围“闲晃”的巨大含冰星子的后期碰撞。但是，为什么地球能被水覆盖，而邻近的金星和火星却没有呢？Van Dishoeck认为，一种可能性是，这些行星在形成时都有着相同的相对水量，但是金星丢失了更多的水是因为金星的温度更高，而火星则是因为质量更小，导致许多水逃逸了。
○ 庞大的木星刚好越过太阳系的雪线。| 图片来源：WP
Van Dishoeck已经向我们证明，笼罩着星系的星际云的分子组成与恒星和行星的形成过程密切相关。而可以肯定的是，水——无疑是一个关键因素，无论是在地球，还是大到整个宇宙。
参考来源：
https://www.quantamagazine.org/ewine-van-dishoeck-the-netherlander-who-traced-waters-origin-20181101/
发表于 2018-11-8 02:00
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