【科學講堂】研小行星樣本 揭太陽系「脫水」之謎
2023年，NASA的「歐西里斯-雷克斯」（OSIRIS-REx）探測器成功將小行星「貝努」（101955 Bennu）的地表樣本送回地球。這批珍貴的樣本，為科學家探索太陽系形成初期，特別是水分在星體間的遷移與演化，提供了關鍵線索。本期專欄就與大家分享相關的研究結果。
小行星「貝努」直徑約五百米，軌道位於地球與火星之間。此次任務經過精密規劃，以確保樣本在返回過程中免受污染，維持其原始狀態。小行星被視為太陽系形成初期遺留的「建築材料」，研究它們對還原太陽系誕生圖景至關重要。
現有理論認為，太陽系由一團巨大的星雲演化而來，星雲中的氣體與塵埃在引力作用下聚集、旋轉，逐漸形成各類天體，而小行星正是此過程中的殘餘物質。
部分小行星在運行中或會遠離太陽，進入低溫環境，其內部水分隨之凝結成冰。其後，若因軌道變化靠近太陽，或因星體內部放射性物質衰變而溫度上升，冰態水分便可能流失，僅留下相關的礦物鹽類。
水分離開小行星主要通過兩種途徑：昇華與蒸發。當小行星遠離太陽且內部輻射活動微弱時，水分會凝結為冰；待其再度接近太陽（如運行至近地點），冰便可能通過昇華作用直接轉為氣態逸散。另一途徑是蒸發：若小行星整體溫度較高，水分會維持液態，並通過蒸發過程逐漸散失。
要判別何種機制為主導，含鈉礦物鹽成為關鍵證據。這類礦物鹽易溶於水，通常在水分散失的最後階段才會結晶析出。若水分主要經昇華流失，過程將在攝氏零度以下進行；若以蒸發為主，則在零度以上發生。兩種機制所產生的礦物鹽，其化學成分與結構有明顯差異，由此可反推水分流失的機制。科學家參照地球鹽水湖中鹽塊的形成過程，比對「貝努」樣本的礦物特徵，推論該小行星的水分主要是通過蒸發作用而流失。
水分充足反不利構成生命？
此項研究亦與早期生命化學分子的演化密切相關。雖然水是生命存在的必要條件，但許多構成生命分子的化學反應實為脫水反應，在水分充足的環境中難以進行。小行星水分中含有多種有機與無機化合物，隨水分蒸發而濃縮，這些化合物之間的反應便可能生成更複雜的生命前驅物質。
此外，太陽系水分的分布本身仍是未解之謎。現有觀測顯示，內太陽系（水星、金星、地球、火星）的總含水量，與現行星形成理論的預測存在差距。更深入理解天體水分的散失機制，或將有助解開這一難題。
小結
自然界的奧秘往往環環相扣。小行星「貝努」的水分分析，看似一項專精研究，實則為我們理解太陽系形成、水分遷徙乃至生命起源，提供了至關重要的拼圖。
●杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
