2021年2月最後一天即將結束時，一塊重達29磅的太空岩石以大約每秒8.5英里的速度衝入地球高層大氣。當它劃過平流層時，進入大氣層的熱量和摩擦力將其外部燒焦成深黑色。柔軟的岩石碎片在火焰中脫落，巨大的火球像夜空中的火炬一樣短暫地燃燒起來。
當最大的一塊碎片突然墜落在英國溫奇科姆的一條車道上時，它只剩下11.3盎司重。科學家在12小時內搶到了這種岩石狀的粉末狀物質，使其成為有史以來研究過的最新鮮的隕石之一。“它幾乎和我們能得到的最原始的狀態一樣，”倫敦自然歷史博物館的行星科學家阿什利·金說。
溫奇科姆隕石屬於一類罕見的太空岩石，稱為碳質球粒隕石。這些揮發性天體正在幫助研究人員拼湊出地球上最大的謎題之一：我們星球上的水來自哪裡。研究人員認為，有些水可能來自隕石，但究竟有多少仍存在激烈爭論。一些人認為隕石帶來了降雨；另一些人則認為它們的貢獻可能更像是滄海一粟。
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在地球成為行星之前，它是一團圍繞年輕太陽執行的塵埃雲。透過稱為吸積的過程，這些塵埃凝聚形成卵石，卵石碰撞並粘在一起。撞擊產生了越來越大的岩石，最終滾雪球般形成了一個完整的行星。
早期的地球不是今天的“淡藍色圓點”；它的溫度飆升至華氏3600度，足以將任何地表水煮沸蒸發到太空。科學家們一度認為，這意味著地球在其嬰兒期將是乾燥的，但最近發表在《自然》雜誌上的研究表明，地球可能曾經非常潮溼。卡內基科學研究所（位於華盛頓特區）的地球化學家、研究合著者阿納特·沙哈爾及其同事注意到，許多類地系外行星在吸積時都被富含氫的大氣層覆蓋，因此模擬了地球形成過程中新增這種大氣層的情況。他們發現，與之前的假設相反，大量的水在虛擬行星的大氣層中持續存在，並被包裹在其岩石地幔內部，即使岩漿河流在地殼表面自由流動。
儘管這個模型表明，自行星形成以來，可能已經存在大量的水，但行星地質學家仍然確信，很大一部分水仍然來自我們大氣層之外。“有太多的證據，”沙哈爾說。“我們不能反駁它。”
金說，“確鑿的證據”隱藏在地球的氫中。氫在地球上以兩種穩定的“風味”存在，稱為同位素：普通氫，其原子核只有一個質子；以及氘，其原子核由一個質子和一箇中子組成。在地幔中發現的水的氘含量比海水少約15%；多餘的海水氘很可能來自其他地方。
天文學家最初推測，富含氘的水透過彗星傳播到地球。由於彗星存在於太陽系寒冷的外圍區域，因此彗星非常冰冷；它們質量的80%可能都是水。但在2014年，歐洲航天局“羅塞塔”任務的資料表明，許多彗星的同位素比率相差甚遠——它們的氘含量遠高於地球水。科學家們提出了另一個假設：水透過太陽風湧入我們的大氣層，太陽風將來自太空的自由氫分子和氧分子推向地球。然而，許多科學家認為，這些分子的氘比率太低。“很難用這些來源解釋水的預算，”馬里蘭大學的岩石學家梅根·E·紐科姆說。
那麼，黃金比例的同位素比率在哪裡呢？研究人員最終在小行星中找到了答案——特別是，稱為球粒隕石的原始小行星塊。碳質球粒隕石因其碳含量而得名，含水量高達20%。“這並不意味著當你觸控隕石時，它是溼的，”芝加哥菲爾德博物館的地質學家瑪麗亞·瓦爾德斯說。相反，它們攜帶水的原子成分：2:1 的氫氧比。
在 2022 年發表於《科學進展》的一篇論文中，金及其同事使用光譜學分析了溫奇科姆隕石。他們發現，隕石的氘氫比與地球海洋幾乎完全匹配——考慮到他們收集隕石的速度，這是一個尤其值得注意的結果。
“隕石不喜歡大氣層，”美國自然歷史博物館的地質館長丹頓·埃貝爾說。太空岩石內部的礦物質一旦接觸到空氣，就會像海綿一樣吸收水蒸氣。但由於溫奇科姆樣本是在撞擊後 12 小時內獲得的，因此它受地球水的汙染遠低於大多數樣本。
在溫奇科姆分析結果公佈幾個月後，紐科姆和她的團隊進行的一項研究進一步加強了碳質球粒隕石的案例。在那篇今年發表在《自然》雜誌上的論文中，他們分析了來自一組成隕石的新近墜落的隕石，這組隕石稱為無球粒隕石。與碳質球粒隕石不同，這些隕石來自小行星或其他被輻射和地質過程部分熔化的岩石天體。紐科姆和她的合著者發現，熔化過程剝奪了無球粒隕石的水分，就像烘烤餅乾麵糰一樣。“我們發現的一切，無論是來自太陽系內部還是外部，都非常非常乾燥，”她說。
但法國洛林大學的宇宙化學家 Laurette Piani 指出，這一發現並不意味著碳質球粒隕石是地球唯一的運水者。“在我看來，地球上的水可能存在多個來源，”她說。僅靠球粒隕石就需要大量的隕石撞擊才能解釋地球上的海洋，而且碳質球粒隕石在今天相當罕見。皮亞尼指出，大約等量的太陽風、彗星、從地幔中湧出的水和球粒隕石可以結合起來以匹配地球的同位素平衡。無論地球水的確切配方是什麼，研究其起源都將揭示更多關於我們星球如何形成併成為我們所居住的充滿活力的藍色世界的資訊。