行星上的水可以自然生成？

水的充盈对地球上生命的诞生至关重要，也被视为行星宜居性的核心条件之一。一直以来，一个令众多科学家为止好奇的关键谜题是：岩质行星（如地球）是如何获得大量水的？

现在，一项新发表在《自然》杂志上的研究发现，在我们的银河系中，一类常见行星的早期阶段，可能会因为岩浆“海洋”与原始大气之间的相互作用而富含液态水。

行星上的水源模型

在银河系已发现的6000多颗系外行星中，所谓“亚海王星”是最常见的类型。

亚海王星的半径比海王星小、比地球大。它们距离其宿主星的距离，往往比太阳系中水星（距离太阳最近的行星）与太阳的距离还要更近。亚海王星通常被认为由三层结构组成：中心是铁合金核心，其外部包裹着一层硅酸盐（含有硅和氧的物质，通常以SiO₄离子形式存在），最外层则覆盖着主要由氢和氦组成的大气包层。

由于这些行星的轨道距离恒星太近，因此在它们形成时，岩石物质中不可能包含水。然而，令人困惑的是，观测证据表明，其中一些行星的大气中确实存在水。

一种观点认为，这些富含水的行星最初可能在较远、更冷的区域形成的，随后才迁移到了恒星附近。

还有另一种可能性是：在亚海王星中，大气包层与硅酸盐层之间的交界处的压力可能超过地球大气压的一万倍，温度可高达数千开尔文。在这样的极端条件下，硅酸盐层会熔化成液态岩浆海洋，而包层最内层的氢气则会变成一种高密度流体。理论模型预测，大气中的氢气可能会与硅酸盐发生反应，从而生成水。

然而，由于缺乏氢气与硅酸盐熔融体（即岩浆）在高温高压条件下反应的实验数据，这一潜在的水源仍未得到实验证实。

在金刚石之间重现行星环境

在新的研究中，研究团队使用了一种名为金刚石砧室的装置，在实验室中再现亚海王星大气包层与硅酸盐岩浆海洋之间的交界处的高温高压环境，以此来模拟年轻行星上氢气（代表早期行星大气）与富铁硅酸盐熔融体（代表初始岩浆海洋）的相互作用。

金刚石砧室的原理是：将样品夹在两颗金刚石尖端之间并施加强大压力，同时通过使用激光，将样品加热到很高的温度。但这一实验极具挑战性，因为在高温高压下，氢气会渗入金刚石内部，从而导致砧具破裂。

新的研究通过实验室证实，水会在行星形成过程中自然产生。研究团队利用在两颗金刚石尖端之间施压与加热的方式，对行星模拟材料进行实验，发现年轻行星的大气与原始岩浆海洋之间的相互作用不仅会生成水，同时也会使氢溶解进岩浆熔体中。这一发现对理解行星宜居性，以及寻找可能孕育生命的系外行星具有重大意义。（图/Navid Marvi/Carnegie Science）

为减少氢扩散造成的风险，研究人员采用了脉冲激光加热的方式——他们向样品发射数千次仅微秒级激光脉冲，使浸在氢气中的微米级硅酸盐和铁颗粒瞬间升温至2250~4000开尔文。

实验结果表明，在硅酸盐熔融体中，二氧化硅（SiO₂）可与铁和氢发生反应，生成铁–硅合金、铁–氢合金、硅烷（SiH₄）以及水。不过，铁在亚海王星的硅酸盐层与大气包层之间化学反应中的具体作用仍不确定，因为一般认为铁大多集中在这些行星的深部。但令人惊喜的是，实验结果还显示，即使没有铁，二氧化硅与氢气之间的简单反应也能生成水。

行星会自己造水

一直以来，液态水的存在被视为行星宜居性的核心条件之一。这项研究表明，大量的水可能是行星形成过程中自然产生的结果。

与此同时，新的发现还表明，在水生成的同时，大量氢气可以储存在岩浆海洋之内。这对行星内部的物理与化学性质具有重要影响，也可能进一步影响行星核心的形成以及大气的组成。

这些发现都标志着，科学家在寻找潜在宜居、可能孕育生命的遥远世界方面迈出了重要一步。

#参考来源：

https://carnegiescience.edu/how-do-planets-get-wet-experiments-show-water-creation-during-planet-formation-process

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09816-z

#图片来源：

封面图&首图：Navid Marvi/Carnegie Science.