在任何一张世界地图上，最先映入眼帘的不是山峦与国界，而是一整片湛蓝。海洋覆盖地球七成表面，蒸发、凝结、降水往复循环，滋养出森林、河谷与城市，也孕育了生命最初的火种。
对我们而言，水习以为常的存在，以至于很少追问它的 " 身世 "。可在行星科学的视角里，海洋的存在并非 " 理所当然 "。在地球诞生后的最初几亿年，表面灼热、岩浆横流，水很难长久停留。而今天的浩瀚海洋，又从何而来？这个看似朴素的问题，困扰了科学家近半个世纪。
2025 年，一颗周期约七十年的哈雷型彗星—— 12P/ 庞士 - 布鲁克斯（Pons-Brooks）给这个老问题带来了新的答案。科研团队借助智利阿塔卡马高原上的阵列望远镜 ALMA，对这颗彗星的彗发进行了前所未有的三维 " 水分子画像 "，不仅在空间上分离出普通水与重水的分布，还精确测得两者之间的氘氢比。最令人注目的结论是：12P 的水分子 " 指纹 " 与地球海水极其相近。这意味着，至少有一类彗星的水，与地球同出一源的可能性空前增大，" 彗星曾向地球输送水 " 的设想获得了迄今最有力的实证支撑。
最新研究显示，哈雷型彗星水与地球海水的 " 分子指纹 " 高度匹配（想象图）
（图片来源：美国国家航空航天局）
水的 " 身份证 "：氘氢比的线索
科学追踪水的来源，靠的是一个并不直观却异常好用的线索——氘氢比。氢是宇宙里最轻的元素，它的 " 大体重 " 同位素叫氘。由氘参与形成的水分子被称为 " 重水 "，常以 HDO 的形式被识别。温度、密度、化学反应路径不同，都会让水在形成时 " 掺 " 进不一样比例的氘，就像在一锅清汤里滴入不同颜色的墨水，最终呈现各自稳定的色调。于是，氘氢比就成了一枚分子层面的 " 身份证 " ——地球海水有自己的标准数值，彗星、小行星、星际云团的氘氢比也各有特征。把它们一一比对，就可能追溯出海洋的身世。
氢元素的三种同位素，从左至右依次为氕、氘、氚，其中的氕在很多场合下沿用 " 氢 " 这个叫法，本文中的氢皆为氕，即氢最常见的同位素（图片来源：维基百科）
然而，这条路并不好走。二十世纪末以来，科学家陆续测得多颗彗星的氘氢比，结果多半 " 偏高 "，有的甚至接近地球的两倍。那段时间，" 小行星送水说 " 因此流行起来：一些碳质球粒陨石的氘氢比与地球吻合得更好，似乎更像真正的 " 快递员 "。
直到欧洲 " 罗塞塔 " 探测器造访 67P/ 丘留莫夫 - 格拉西缅科彗星，得到同样偏高的数值，彗星在公众心中的 " 送水员 " 角色一度淡出视野。人们开始怀疑：也许海洋主要是依赖小行星搬来的，彗星只是配角。
ALMA：看清彗星水分子的 " 宇宙巨眼 "
12P 的回归，让剧情出现转折。这一次，关键不是 " 又测了一颗 "，而是 " 怎么测 " 的飞跃。ALMA 的优势在于毫米 / 亚毫米波段的极高灵敏度与空间分辨率。彗发里重水的辐射线很弱，常常被背景噪声湮没。ALMA 将六十多台天线分布在高原上，通过干涉成像把彼此的信号 " 拼 " 在一起，相当于构造了一面口径巨大的 " 合成镜面 "。
科研团队据此不仅捕捉到 HDO 的谱线，还能在彗核周围 " 绘图 "，看清这些分子的分布究竟是从冰核直接升华，还是在彗发里二次生成。这个区分至关重要：只有来自冰核的分子，才保留着太阳系早期的 " 原味信息 "。
在这种空间分离的基础上，研究人员对 12P 的氘氢比进行了精确估算，发现它与地球海水高度一致。把这个结果放回到四十多年的争论史里，它像一块关键拼图，卡在了恰当的位置——不能据此断言 " 所有彗星都能解释地球海洋的起源 "，却足以说明 " 并非所有彗星都不具备这一可能性 "。换句话说，太阳系里至少存在一类彗星，它们的水与地球 " 同款同配 "。对 " 彗星输水说 " 而言，这当然是份来之不易的证据。
氢气（上）与氘气（下）在气体放电管中发光，分别呈现不同的光学及谱线特征。探测彗星中的氘氢比原理与之类似，仪器将探测其不同的谱线特征来确定氢同位素的种类与相对含量。（图片来源：维基百科）
为什么是 12P 彗星？
12P/ 庞士–布鲁克斯彗星是一颗周期彗星，公转周期约为 71 年。它符合经典的哈雷型彗星定义（轨道周期介于 20 年至 200 年之间），同时也是已知最明亮的周期彗星之一，在接近近日点时其绝对星等可达约 5 等。庞士–布鲁克斯彗星最早于 1812 年 7 月由让 - 路易 · 庞士在马赛天文台发现，后于 1883 年由威廉 · 罗伯特 · 布鲁克斯再次观测确认。
" 哈雷型 " 彗星轨道离心率较大，每次靠近太阳都会剧烈 " 冒气 "。当温暖的阳光照到彗核，被冰裹挟的尘粒从表层释放，形成我们肉眼可见的彗发与长尾，也在微波望远镜里点亮一条条分子谱线。ALMA 观测锁定的，正是这 " 冒气 " 的剖面。
研究团队在彗核附近看到了重水与普通水的同位素分布基本一致，说明信号直接来自升华冰，而非彗发中的后期化学反应。若是后者，氘氢比往往会被环境条件改写，丢失 " 古老记忆 "。如今的证据却指向另一个结论：12P 搭载的，是一段几乎未被加工过的远古冰史。
12P/ 庞士–布鲁克斯彗星（图片来源：维基百科）
从个案到图景：
研究方法与未来方向
" 与地球相近 " 的意义何在？科学家用 " 指纹 " 来打比方，是因为不同 " 水源地 " 的氘氢比确实稳定而可辨：原行星盘的温度梯度、形成水冰的地方、气固相反应的节律，都会在这枚 " 指纹 " 上留下长期可读的痕迹。
地球海水的 " 指纹 " 早已被无数次校准，它像一把 " 母钥匙 "，等待在宇宙仓库里寻找能打开它的那把 " 配钥 "。12P 的测量结果，恰像一把契合度极高的新钥匙。一旦确认 " 钥匙—锁孔 " 的匹配并非偶然，就意味着在地球早年遭遇的天体 " 快递 " 中，彗星至少贡献过不小的一份。
诚然，任何单一样本的成功，都不能取代统计意义上的稳固结论。科学家很清楚这一点，因此格外强调 " 取样策略 " 的重要性。太阳系的彗星并非同质，诞生地可能来自柯伊伯带，也可能来自奥尔特云；经历的 " 日晒雨淋 " 不同，表层成分也会随之老化、被阳光烤蚀或被撞击翻新。
对 12P 的观测展示了一种方法学突破：用空间分辨去排除次生化学的干扰，用三维分布去接近 " 从冰而来 " 的本底。方法一旦成熟，不同轨道族群、不同 " 年龄 " 的彗星都能纳入同一把 " 标尺 " 之下比较，从而把 " 个案惊喜 " 变成 " 族群全景 "。
柯伊伯带的半长轴与偏心率结构。橙色表示冥卫一类天体（Plutinos），红色表示其他共振天体。天蓝色表示非共振的 " 热古柏带天体 "，深蓝色表示 " 冷古柏带天体 "。板蓝色部分为妊神星（Haumea）碰撞族。图中标注了若干重要天体。（图片来源：维基百科）
回望曲折科学史——
并不戏剧的 " 翻案 "
二十世纪八十年代，彗星被普遍认为含冰丰富，天马行空的 " 送水 " 想象自然流行；随后，哈雷彗星与多颗 " 长周期彗星 " 的偏高氘氢比让研究陷入瓶颈，小行星于是成为更受认可的 " 候选者 "；再到 " 罗塞塔 " 近身实测 67P 后的结果，让不少人断言彗星 " 送水 " 无望。
12P 的 " 合拍 " 提醒我们：在一个成分复杂、演化各异的体系里，用几颗样本就给全体定性，风险始终存在。科学稳步前行的方式，是不断改良仪器、优化方法、扩大样本，而不是在 " 是与非 " 的极端摇摆之间抓阄。
把视线再拉远些，12P 之所以令人兴奋，还因为它把 " 水 " 这件寻常之物重新放回了宇宙脉络里。水不只是一种分子，它还是行星表面地貌的雕刻师、气候系统的发动机、生命化学反应的溶剂，甚至是文明叙事的隐喻。假如彗星确曾为地球送来部分水与有机分子，那么我们对 " 生命稀有或普遍 " 的判断也会被悄然调整——彗星在恒星系中并不罕见，若它们普遍参与 " 播种 "，那么在一条条宜居带里，海洋并非遥不可及，生命也许并非偶然孤例。
这当然不是浪漫想象。天文学在系外行星大气中已经多次识别出水汽、甲烷、二氧化碳等分子。把 12P 这类观测与系外行星的化学谱系放在一起，科学家开始勾勒一幅更宏阔的 " 水循环宇宙图 "：在原行星盘的冰线上，水冰包裹尘埃团粒，凝聚成彗核；彗星在行星形成与迁移期被散射进内层，带来冰和有机物；行星拥有海洋后，依靠地质与大气循环把水保留下来；更久远的未来，水又以蒸发、逃逸或撞击转运的方式离去。地球只是这条大循环上的一个节点，12P 则像一枚来自环路上游的 " 邮戳 "，提醒我们查收那封久违的 " 宇宙来信 "。
每一滴水都可能是宇宙的来信
在公众文化中，彗星曾经是不祥的象征。它们突兀地 " 闯入 " 人类的夜空记忆，带着长尾与光辉，也裹着瘟疫与战火的联想。可在现代科学的叙述里，彗星慢慢褪去 " 灾星 " 的神秘外衣，露出 " 时间胶囊 " 的真实面目：它们在太阳系寒冷的边陲缓慢生长，远离剧烈的化学翻搅，把 45 亿年前的物质配方小心密封。每一次近日点的 " 炙烤 " 像一次短暂的拆封，让我们得以窥见远古的物质与比例。12P 的这张 " 化验单 "，便是一次恰到好处的拆封：既足够接近，又没有被过度蒸腾而丢失信息。
学术上，12P 带来的并非 " 终局答案 "，而是一种更可复制的研究路径。未来几年，研究者准备把同样的 " 空间分辨—同位素测量 " 框架推广至更多目标，覆盖不同动力学族群、不同热史阶段与不同回归时相。统计意义的 " 水谱系 " 一旦建立，关于 " 彗星与小行星各自贡献几何、在什么时代贡献更大 " 的争议，才有望真正厘清。届时，" 地球海洋的身世 " 或许能从 " 叙事 "" 设想 " 上升为 " 量化 " 的章节。
读懂 " 宇宙来信 " 意义何在？
在新闻报道的语境里，人们总爱问一句 " 这有什么用 "。从技术层面看，观测方法的完善会反哺更广泛的天体化学研究，帮助我们在原行星盘、行星际介质乃至行星大气中更可靠地追踪水的行踪。
从科学史的层面看，它校正了一个长期受限于样本的认知偏差，提醒我们在复杂体系里保持耐心与边界感。从科学传播的层面看，它把 " 你我手中这一杯水 " 与 " 亿万里之外的一枚远古冰核 " 连接起来，让日常之物拥有宇宙的维度——这正是科普之于公众的意义所在：用证据与方法把 " 浪漫的想象 " 变成 " 可验证的科学洞见 "。
当我们真正把目光放回到杯中，会发现那清澈的点滴也在讲述自己的旅途。它可能源于太阳系边缘的极寒黑夜，被尘埃包裹，在亿万年里静默无言；某一次引力的巧合把它推向太阳，从冰封到蒸腾，它穿行星际空间，撞击在一颗尚年轻的岩质星球；地壳冷却之后，它在岩石缝隙里缓慢渗流，汇入溪流，再流向大海；蒸发、凝结、成云、成雨，最终落在亿万年后的稻田、屋檐或孩子伸出的手心里。12P 的观测只是把这段旅程的 " 上游 " 照亮了一瞬，而理解这整条河流，仍需要我们沿着证据继续向前。
当今海洋中的水，有多少来自宇宙空间？（图片来源：作者拍摄）
参考文献
[ 1 ] Biver, N., Roth, N. X., Cordiner, M. A., Coulson, I. M., Milam, S. N., Charnley, S. B., … & Villanueva, G. L. ( 2025 ) . *A D/H Ratio Consistent with Earth ’ s Water in Halley-type Comet 12P from ALMA HDO Mapping*. Nature Astronomy.
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出品丨科普中国
作者丨吴刚 中国科学院先进技术研究院
监制丨中国科普博览
责编丨一诺
审校丨徐来、张林林
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