研究人员认为，地球上的水可能起源于富氢大气与最终形成地球的早期行星胚胎的岩浆海洋之间的相互作用。他们的工作使用了受最近系外行星研究激增启发的新行星形成模型，证明这些相互作用可以解释地球成分的关键特征，例如水的丰度和整体氧化状态，而不必依赖其他水源。

新发现的系外行星有助于开发一种新模型，该模型为地球的一些标志性特征（例如丰富的水）的起源提供了潜在的解释。

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Carnegie Science 的Anat Shahar 以及加州大学洛杉矶分校的Edward Young 和 Hilke Schlichting的新研究表明，我们星球上发现的水可能起源于富含氢气的大气层与构成早期行星体的熔岩海之间的相互作用地球形成的阶段。他们的研究最近发表在《自然》杂志上，该研究可能会阐明地球某些决定性特征的起源。

从历史上看，我们对行星形成的理解在很大程度上受到我们自己太阳系的影响。尽管木星和土星等气态巨行星的起源仍在科学家之间引发讨论，但人们普遍认为，地球和其他类地行星是由年轻时曾围绕太阳运行的尘埃和气体的积累形成的。

随着越来越大的物体相互碰撞，最终形成地球的小行星变得越来越大，越来越热，由于碰撞和放射性元素的热量而融化成巨大的岩浆海洋。随着时间的推移，随着地球冷却，最致密的物质向内下沉，将地球分成三个不同的层——金属地核、岩石、硅酸盐地幔和地壳。

一幅插图显示了地球的一些标志性特征，例如丰富的水和整体氧化状态可能归因于构成地球形成年代的行星胚胎上的分子氢大气和岩浆海洋之间的相互作用。图片来源：Edward Young/UCLA 和 Katherine Cain/Carnegie Institution for Science 的插图。

然而，过去十年系外行星研究的爆炸式增长为模拟地球胚胎状态提供了一种新方法。

Shahar 解释说：“系外行星的发现让我们更加了解刚刚形成的行星在其最初几百万年的生长过程中被富含分子氢 H2 的大气所包围的情况是多么普遍。” “最终这些氢包层会消散，但它们会在年轻行星的成分上留下指纹。”

利用这些信息，研究人员开发了地球形成和演化的新模型，以查看是否可以复制我们母星独特的化学特征。

使用新开发的模型，卡内基和加州大学洛杉矶分校的研究人员能够证明，在地球存在的早期，岩浆海洋与分子氢原始大气之间的相互作用可能产生了地球的一些标志性特征，例如丰富的水及其整体氧化状态。

研究人员使用数学模型通过观察 25 种不同的化合物和 18 种不同类型的反应来探索分子氢大气和岩浆海洋之间的物质交换——复杂到足以产生关于地球可能的形成历史的有价值数据，但又简单到足以解释完整。

在他们模拟的婴儿地球中，岩浆海洋与大气之间的相互作用导致大量氢移动到金属地核、地幔氧化和大量水的产生。

研究人员透露，即使碰撞形成这颗正在成长的行星的所有岩石物质都完全干燥，分子氢大气和岩浆海洋之间的这些相互作用也会产生大量的水。他们说，其他水源也是可能的，但不是解释地球当前状态所必需的。

“这只是我们星球演化的一种可能解释，但它将在地球的形成历史与已发现的最常见的系外行星之间建立重要联系，这些系外行星绕着遥远的恒星运行，这些行星被称为超级地球和亚海王星，”Shahar总结。

该项目是 Shahar 发起和领导的跨学科、多机构 AEThER 项目的一部分，该项目旨在揭示银河系最常见行星（超级地球和亚海王星）的化学组成，并开发一个框架检测遥远世界的生命迹象。这项工作由阿尔弗雷德·斯隆基金会资助，旨在了解这些行星的形成和演化如何塑造它们的大气层。反过来，这可以使科学家能够将真正的生物特征与非生物来源的大气分子区分开来，这些特征只能由生命的存在产生。

“越来越强大的望远镜使天文学家能够以前所未有的细节了解系外行星大气的成分，”沙哈尔说。“AEThER 的工作将通过实验和建模数据为他们的观察提供信息，我们希望这将导致一种万无一失的方法来检测其他世界的生命迹象。”

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