为什么宇宙中不可能出现全部都是水的星球?
而在太阳系宜居带附近的天体就是金星、地球、火星。这三个行星中,只有地球水稍微多点,但占比也小于1%。
地球上的“水资源”
如果从太空上看地球,地球表面71%的面积都是海洋,或者我们可以理解成液态水,地球就好比是一个水球的一样。
实际上地球的总水量远比地球表面的多。地球内部存在一种叫做尖晶橄榄石的岩石。经过测算就发现,尖晶橄榄石中蕴含着丰富的水。在地下200公里的深处的尖晶橄榄石中,每100万个晶体分子中就大概含有2000个水分子。
而当深度达到410~660公里时,这个数字可以达到每100万个晶体分子中就大概含有15000个水分子。
科学家通过理论和模型的推断,他们就发现,地球的上下地幔层的过渡带中存在着海量的尖晶橄榄石,即便是保守估算,这些尖晶橄榄石当中储藏的水量也达到了4.485*10^10亿吨,是地球表面水量的3倍以上。
可见地球的含水量是十分惊人的,太阳系8大行星中,地球的含水量是最高的。即便是如此,地球中的“水”相对于地球的占比还是很低的,在太阳系的天体都很难能排上号,因为一些行星的卫星上和矮行星上是存在着大量的水。
那么问题来了,有没有可能存在一种星球,这种星球上全是液态水呢?
水的起源
如果一颗星球完全是由“水”构成的,那大概率是不太可能的。为什么这么说呢?
我们都知道水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成。不过,水分子在形成时并不是单纯地2个氢原子和1个氧原子这样去构成的。就拿地球来说,地球在46亿年前形成时,当时地球的温度很高,水是以“氢离子”和“羟基”的形式而广泛存在的,它们通过水化作用被锁着了形成地球的星云晶格当中。后来,随着地球温度的下降,它们结合成水分子,并以水蒸气的形式回到地球表面来。
也就是说,如果一颗天体要完全是由水构成的,意味着它必须是完全以氢离子和羟基的形式构成的。但事实上,“氢”在宇宙中很常见,但是要构成“羟基”的概率并不高。
这是因为宇宙起源于138亿年前,按照如今的主流宇宙学理论,宇宙起源于一次大爆炸。大爆炸之后,宇宙在很短的时间内演化出了许多不同的粒子。
在宇宙大爆炸之后的38万年,这些粒子最终形成了氢原子和氦原子,其中氢原子占比达到了75%,而氦原子则达到了25%。氢元素和氦元素也恰巧是元素周期表中最靠前的两个元素。
即便是到了现在,氢元素和氦元素在宇宙中的占比也到了99%以上。
而比氦元素更重的元素,则需要依靠恒星的核聚变反应,超新星爆炸和中子星合并等方式来合成。因此,重元素是宇宙中的少数派。“羟基”中的氧是需要通过恒星的核聚变反应来形成。在形成的过程中,同时还会有比氧元素更轻的元素生成,比如:氦,碳等等。
通过元素的合成,我们可以知道,并没有什么天体都可以单一生成氧元素,更不要说有什么天体可以单一生成水了。而许多物质最终都会以星云分子的形式散落到太空中,均匀分布。然后在下一次恒星形成时,被聚合在一起。而在这个过程中,水是以“氢离子”和“羟基”的形式被锁在星云分子的晶格中,并没有纯粹地以“水分子”的形式存在。因此,很难会有天体可以完全以“液态水”的形式存在。而且我们要验证这个问题也很简单,能够保有液态水的天体必须是符合宜居带模型的。如果距离太阳太近,水就很容易被蒸发掉,而如果距离太远,水就会被结成冰,最终变成一个冰球。
当然,虽然出现完全有“液态水”构成的天体是不太可能的。那有没有可能星球的表面都是液态水呢?
在星际穿越中就描绘过一个表面全是液态水的星球。实际上,一个这样的星球是有可能的。只要储水量足够多,并且恰好就在宜居带上,就有可能发生这样的事情。
比如:如果地球内部的水进入到地球表面或者地球表面上的冰全都化掉,那地球从太空上看就是几乎是一个水球的状态。在宇宙这样的大尺度上来看,发生这样的事情是很有可能的。