在英国米尔顿·凯恩斯的郊区有一个实验室，里面有一套看似杂乱无章的金属管、罐子、电线、电缆和控制板，组装成一台小型汽车大小的仪器。科学家们用它对带有地球最早大气层痕迹的岩石进行了最精确的测量。他们相信，这些测量可能会揭开一个令人费解的科学谜团。

这个星球是一个河流、湖泊繁茂的世界。但根据我们对地球过去的传统解读，它不应该是这样的。科学家在米尔顿凯恩斯开放大学的测量提供了一个强有力的信号，表明这个解释已经过时了。关于地球如何获得水的真实故事看起来是非常奇怪的。如果他们是对的，那就意味着水，以及在其中繁衍生息的生命，在宇宙中的分布可能比我们想象的要广泛得多。

要理解为什么地球上如此多的水是不太可能的，我们需要追溯到46亿年前。年轻的太阳照耀着，围绕着它的是气体和尘埃的漩涡，它们将聚集到行星上。星际空间中任何水都是以冰的形式存在的。如果这些冰在太阳系内部，在地球这样的岩石行星形成的地方找到，那么热量和辐射就会把它分解成由氢原子和氧原子组成的原子。这意味着形成地球的物质不应该含有一点水分。

让我们想象一下，不知何故，星际水在混乱的恒星形成过程中幸存下来，凝结成地球表面的海洋。那么它就有了月球形成的的小问题。关于月球是如何形成的有很多有争议的细节。但我们最好的理解是，大约45亿年前，一个火星大小的物体，名叫泰亚(Theia)，撞向了地球。科学上的共识是，它的影响如此巨大，以致于它蒸发了我们的星球。其中一些气体云团结合成月球，而另一些则在自身重力作用下坍塌，重新塑造了地球。传统观点认为，水不可能在这种情况下幸存下来。

然而，在这里，我们都是一样的。自由水可能只占地球总物质的一小部分，但还有更多的水可以循环：仅在海洋中就有大约13亿立方千米(见“图表”)。怎么会这样呢？

过去，许多行星科学家认为，地球一定是在月球形成后，通过太空的特殊输送而获得了水。信使可能是彗星和小行星，其中许多形成了远离太阳的水足以生存。在月球形成后不久，这些太空岩石大量地落在地球上。他们带来了贵重金属、有机物和包括水在内的挥发性化合物。如果我们往上看，我们可以看到这种疯狂的撞击的证据：月球表面仍然布满撞击坑。

不可否认，地球就是以这种方式被轰炸的。但是，让宇宙导弹输送水的想法受到了强烈的打击是来自罗塞塔探测器，它在2014年访问了67P/丘留莫瓦-格拉西梅(Churyumov-Gerasimenko)彗星，发现它有“错误的水类型”。

所有的化学元素，包括水分子中的化学元素，都有不同质量的同位素。地球水中不同的氢同位素所占比例与彗星水中的比例不相匹配。几十年来，天文学家一直在寻找一颗彗星或小行星，它包含正确类型的水，以及我们所知道的在晚些时候出现的其他元素的正确组合。到目前为止还没找到合适的。

“多年来，我们一直在寻找输送地球水的彗星，但没有任何东西符合我们的要求。”

这使我们陷入僵局。到目前为止，我们的故事说，地球形成时，水不应该存在。它不应该在月球形成的冲击下幸存下来。而且我们所知道的任何彗星或小行星似乎都不可能输送给我们水。

当时研究人员正在研究起源于地核和地幔边界的岩石，这些样本是几百万年前被称为地幔柱的热岩石的上升带到地表的。他们只出现在几个罕见的地方，如巴芬岛，加拿大，和西格陵兰岛。这些岩石里的小气泡，每一个都是一个时间胶囊，让你可以研究年轻地球大气层的未被触及的样本。

几年前，娜塔利·斯塔基开始与开放大学的理查德·格林伍德合作，他帮助建造了这个看似随意的装置。它实际上是一种精密的质谱仪，能够分离和测量岩石样品中的同位素。格林伍德和他的同事们多年来一直在调整，并且最终达到了能够在微小的岩石样本中对氧同位素进行非常准确的测量的程度。

他们岩石样本与阿波罗号宇航员收集的月球岩石进行比较。他们认为，可以在月球和地球之间是否存在任何同位素差异的问题上，平息一场旷日持久的争论。如果我们告诉自己卫星形成的故事是真的，那么两颗卫星的同位素应该是一致的。当地球在巨大的撞击中被蒸发时，所有元素的同位素应该被混合在一起，然后均匀地分布在两者之间。对他们的同位素进行了一长串的测量，一开始有差别，后来没有，然后又有了差别。总之是一片混乱。

就像月亮一样

更精确的分析表明，地球和月球的同位素组成存在微小但明显的差异，但这可能是由于太空岩石在后期撞击了我们的星球，所以这两种物质的起源可能是相同的。

在试图结束关于地球和月球的深奥的争论时，最终揭示了我们星球上水的神秘之处。根据我们的结论，我们可以看出，今天地球上至少70%的水在月球形成之前就已经存在了。如果少一点，就需要有更多来自太空的撞击，才能输送剩下的水。然而，如果是这样的话，我们可能会看到比我们更大的同位素组成的差异。

但是，我们已经说过，在月球形成之前，地球的水是不可能在这里的吗？

尽管看起来不太可能，但最近的一些研究发现，在这样一场灾难中，我们有可能继续保持生命所需的液体。例如，德克萨斯州西南研究所罗宾·卡努普(Robin Canup)于2015年对蒸汽云进行了计算机模拟表明，它可能具有足够的重力来粘附蒸发的水。

然而，水首先必须清除另一个障碍：在月球形成的撞击之前，地球的高温仍然存在。这听起来像是水难以承受的环境。但现在一些人认为，我们星球上的任何水都可能被锁在地幔深处的矿物中。另一些人说，地球已经冷却到足以在熔融的表面上形成一层岩石，封闭在水里。

有一个更奇怪的转折。我们的一些水不仅在地球早年的恶劣环境和形成月球的影响中存活了下来，而且可能比我们的星球还要古老一些。这一结论来自于对彗星、小行星、行星和恒星之间的空间中的氢及其姐妹同位素氘的观测。星际空间有水的痕迹，氘与氢的比例很高。这是环境的反映。星际空间是寒冷的，并且不断受到高能宇宙射线的轰击，产生有利于在水冰中包含氘的条件。

我们还发现，太阳系中的所有物体--彗星、小行星、行星，水中也含有大量氘。这太奇怪了，如果这些水最初是星际的，那么它肯定是在早期进入太阳系内部的。当水到达的时候，年轻的太阳的极端辐射应该已经把它分解成了它的组成原子。当它们重新组合形成水，最终到达行星上时，应该比我们实际看到的更多的常规氢被吸收了出来。这是另一个谜团。

几年前，由现供职于哈佛大学史密森天体物理中心的伊尔塞·克利夫斯（Ilse Cleeves）领导的一个研究小组，建立了一个早期太阳系的模拟模型，以调查年轻太阳周围是否存在气体和尘埃盘部分，这些部分可能能够用过量的氘制造水。但他们找不到任何东西。

在这个激进的故事中，我们的河流充满了比太阳还要古老的水。

这给我们带来了一个令人惊讶的结论：我们星球上的水不仅比月球古老。它一定来自星际空间，这意味着它比太阳本身还要古老。很难想象它是如何在进入太阳系后幸存下来的。但一旦你排除了不可能，它就会迫使你得出这样的结论。克利夫斯在其他模拟的基础上提出，在太阳足够冷却之后，但在行星形成之前，可能有一个短暂的机会之窗，可以让星际间的水冰潜入太阳系，随着行星开始形成而雨过天晴。

所有这些都为地球如何获得水创造了一个全新的故事，在这个故事中，我们星球的河流和海洋充满了来自恒星之间的空隙的液体。虽然看起来很奇怪，但我相信这是对我们现有证据的最好解释。

这具有广泛的意义，包括探索太阳系以外的生命。如果星际水被保存在地球上，尽管我们认为存在着难以置信的可能性，它可能会在整个宇宙的恒星系统中普遍存在。我们相信，所有的行星最终都是由围绕年轻恒星聚集的同一系列物质形成的。因此，如果星际水在这里幸存下来，那么这种促进生命的成分很有可能被广泛使用。

天文学家使用美国宇航局的斯皮策太空望远镜，在离地球350光年远的年轻恒星DR Tau和AS 205A周围的圆盘上探测到了水。水存在于它们的内盘区域，即靠近恒星的最热的区域。这些圆盘还没有形成行星，但这是证据，表明水可以从恒星历史的早期阶段提供给新形成的行星。

诚然，仅靠水在恒星系统生命的最初几百万年中存活下来是不够的。在混乱的早期，它还必须紧紧地依附在一个星球上。在寻找可能维持生命的系外行星时，那些早年遭受彗星和小行星轰炸的行星通常会被排除在外，他们的想法是，大的撞击会把任何水都赶走。但正如我们所展示的那样，这也需要重新思考。现在，证据表明水状行星在宇宙中很常见。