韦伯太空望远镜揭示星际空间的水循环

水是地球不可或缺的生命成分，扮演创造和维持生命的重要角色。水分子在地球形成前就存在，地球形成阶段末期，大量水注入地表形成海洋。然而在此之前，水是如何在星际空间循环?最新研究发现，猎户座星云核心的原始行星盘有大量水破坏和重新形成，研究发表于《自然‧天文学》期刊（Zannese et al. 2024）。

天文学家提出理论，水是原始行星盘的重要成分，太阳系幼年期，水存在原始行星盘，早于行星形成，此时水以冰形式存在或锁在岩石内，也存于星际空间。之后地球大部分水运输到形成行星的区域，融化或释放气体，形成海洋、河流和湖泊。但太阳系形成之初，一些水可能经历“冰冻─解冻”循环，这情况发生在太阳系盘面还只有气体和尘埃时。水在强烈紫外线辐射环境被摧毁，然后重新形成。虽然无法于现在地球系统再现此过程，但天文学家可将望远镜对准其他原始行星盘，以研究水循环。

为了理解星际空间水循环，团队用詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）对准猎户座星云的原始行星盘，距离地球约1,350光年，名为“d203-506”，是行星系统养成地。中心恒星产生的强烈紫外辐射导致d203-506水破坏和重新形成，成为真正的星际水循环实验室。当水被紫外光破坏，水分子分解为氢氧根离子，同时释放红外线。韦伯太空望远镜可检测到氢氧根离子释放的红外线，计算氢氧根离子量。团队估计，d203-506系统的水循环，每个月破坏并补充约地球所有海洋水量。

左中图为韦伯太空望远镜观测到的d203-506，右为动画展示韦伯太空望远镜观测揭示水形成和破坏过程。（Source：NASA / ESA / CSA / PDRs4All / Salomé / M. Zannese）

d203-506系统最初是没有恒星的星云，只有气体和尘埃，如太阳系45亿年前状态。在寒冷环境，含水冰或水质丰富的物质，某些因素促使星云某些区域凝聚成较高密度，并重力作用下继续收缩，温度升高，最终形成恒星。恒星的紫外线照射周围环境，导致水分子破坏和补充。故d203-506为研究幼年太阳系水循环的好模型。推测地球的水可能也经历类似过程，之后水流向小行星和冰体，帮助形成太阳系，外太阳系冰体可能没有经历相同极端加热、破坏和补充，因距离太阳更远，太阳辐射影响较小，这也是行星科学家对遥远冰体采样感兴趣的原因之一，“原始”水冰是形成太阳和行星之前星云条件的好样本。