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■ 彗星、隕石與海洋
科學新聞由SciScape提供
由於海水中氘和氫的比值與碳質球粒隕石（carbonaceous chondrites）相似，因此一般認為地球的海洋主要來自於隕石。但最新的一顆木星家族彗星（Jupiter-family comets） 103P/Hartley 2觀測結果卻顯示，這類型彗星中所含水的氘和氫比值更為接近地球海洋，因而挑戰了過去的理論。
圖一 太陽系星體的氘氫比值分佈。縱座標為氘氫比值；下方橘色方塊為星際介質（ISM）；黃色方塊為原始太陽（Protosolar）；藍色方塊為地球（Earth）；綠色方塊為碳質球粒隕石（CI）；黑色方塊為氣態行星：木星（J）、土星（S）、天王星（U）、海王星（N）；淺藍色方塊為土星衛星（Enceladus）；橘色方塊為歐特雲彗星；紫色方塊為木星家族彗星。
根據地球組成成分和隕石成分之間的比較，一般認為原始地球成分比較接近頑鐵輝石球粒隕石（enstatite chondrites），是一個「乾的」原始地球。若是從地球海洋水分子中的氘和氫比值（約為1.558×10-4）來探索這些水的由來，則可以推論出這些水可能大部分來自碳質球粒隕石（carbonaceous chondrites，氘氫比約為1.4×10-4），以及不到10％的比例來自歐特雲（Oort cloud）彗星（氘氫比約為2.96×10-4）撞擊到地球所形成。
若是從太陽系形成初期的氘氫比開始看起，由於低溫與不平衡的化學性質，原始恆星水中的氘氫比約為1×10-3左右。然而水冰中的氘氫比對於溫度相當敏感，因此當原始星際雲氣收縮崩塌為太陽星雲時，水中的氘氫比就會漸漸下降，而越是遠離太陽的水冰中氘氫比值就會相對越高。因此可能源自於氣態行星附近的歐特雲彗星，其氘氫比應該低於源自於科伊伯帶（Kuiper belt）的木星家族彗星（如圖二）。
圖二 太陽系中彗星分佈。左：內側太陽系；中：外側太陽係；右：歐特雲。
（資料來源：ESA/AOES Medialab）
103P/Hartley 2就是一顆木星家族彗星（繞行太陽軌道的遠日點約在木星附近），其直徑大小約為1.2到1.6公里（如圖三），繞行太陽的週期約為6.46年。Hartogh等人在2010年11月時，利用赫歇耳太空天文台（Herschel Space Observatory）的高解析度紅外線光譜儀（Far Infrared High Resolution Spectrometer），觀察彗星所含水中的氘氫比值約為1.61×10-4。這個值與目前地球海洋水中的氘氫比值極為接近，但是卻反常地小於歐特雲彗星，而與過去認為距離太陽越遠形成的星體其氘氫比應該越高的特徵相反（如圖一）。
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圖三 103P/Hartley 2彗星。
（資料來源：NASA, JPL-Caltech, UMD, EPOXI Mission）
究竟是我們過去對氘氫比值的認知有錯，亦或是我們對於彗星形成位置的推論有錯，是這次觀測結果所引發的疑問之一。然而更令人好奇的是，103P/Hartley 2的氘氫比值居然與地球上的海洋如此相近。如果未來再有更多觀測結果出現，會否也改變了我們對地球海洋來源的看法呢？值得期待！
原始論文：
Hartogh, P., D. C. Lis, D. Bockelee-Morvan, M. de Val-Borro, N. Biver, M. Kuppers, M. Emprechtinger, E. A. Bergin, J. Crovisier, M. Rengel, R. Moreno, S. Szutowicz & G. A. Blake, 2011, Ocean-like water in the Jupiter-family comet 103P/Hartley 2, Nature, doi:10.1038/nature10519.
相關連結：
103P/Hartley 2彗星（維基百科）
http://en.wikipedia.org/wiki/103P/Hartley
Herschel Space Observatory（維基百科）
http://en.wikipedia.org/wiki/Herschel_Space_Observatory
隕石帶來地球深處的秘密
http://mynotes.org/earth/?p=5472
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