小行星“龙宫”藏着的水，或能揭开地球海洋从何而来之谜

尽管科学家对太阳系的形成已有大致了解，但许多细节仍不明确。其中一个最大的问题是地球如何拥有如此多的水。长期以来，人们认为像龙宫（Ryugu）这样由外太阳系的冰和尘埃形成的碳质小行星，是地球水的主要供应者。2018年隼鸟2号对龙宫的探测任务，首次实现了对这类小行星的近距离观测和直接采样。该任务将少量岩石和尘埃带回地球，为研究人员填补地球早期历史缺失的片段提供了难得的机会。
东京大学地球与行星科学系的副教授饭冢刚表示：“我们发现龙宫保存了原始的水活动记录，有证据表明流体在其岩石中的活动时间比我们预期的要晚得多。这改变了我们对小行星中水的长期命运的看法。水存在了很长时间，并没有像想象中那样很快耗尽。”
这一发现的关键在于镥（Lu）和铪（Hf）的同位素，它们通过176Lu衰变为176Hf形成了天然的放射性时钟。研究人员原本期望通过分析龙宫样本中它们的比例，以直接的方式确定小行星的年龄。然而，他们发现176Hf与176Lu的比值远高于预期。这种异常的不平衡表明，液态水曾经渗透过岩石，有效地将镥从岩石中淋滤出来。
饭冢刚说：“我们原以为龙宫的化学记录会类似于地球上已经研究过的某些陨石，但结果完全不同。这意味着我们必须仔细排除其他可能的解释，最终得出结论：镥 - 铪系统受到了晚期流体流动的干扰。最有可能的触发因素是龙宫的一颗更大的小行星母体受到撞击，撞击使岩石破裂并融化了埋藏的冰，让液态水能够渗透到星体内部。这真是个惊喜！这一撞击事件也可能是母体解体形成龙宫的原因。”
这项研究的意义深远。它表明碳质小行星可能为地球储存和输送了比科学家之前假设的更多的水。龙宫的母体小行星似乎将冰冻水保留了超过10亿年，这意味着与早期地球相撞的类似天体可能输送了比当前模型估计多两到三倍的水。这样的撞击可能在塑造早期海洋和大气方面发挥了重要作用。
“像龙宫这样的天体能将冰保留这么长时间，这个想法非常了不起，”饭冢刚说，“这表明地球的构成物质比我们想象的要湿润得多。这迫使我们重新思考地球水系统的起始条件。虽然现在确定还为时过早，但我的团队和其他团队可能会在这项研究的基础上进一步澄清一些事情，包括地球是如何以及何时变得适合居住的。”
隼鸟2号只带回了几克物质。由于许多研究人员都想对其进行测试，每个实验只能使用几十毫克，相当于一粒米的几分之一。为了最大限度地获取信息，该团队开发了复杂的元素分离方法，并以极高的精度分析同位素，充分发挥了当前地球化学分析技术的潜力。
“样本量小是一个巨大的挑战，”饭冢刚回忆道，“我们必须设计新的化学方法，在从同一块碎片中分离多种元素的同时，最大限度地减少元素损失。没有这一点，我们永远无法检测到这种晚期流体活动的微妙迹象。”