水在宇宙中算珍贵、稀有的资源吗?
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发布时间：2024-10-23 22:07
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时间：2024-11-15 10:23
水在宇宙中普遍存在，是含量第3多的分子，仅次于氢分子与一氧化碳分子。从宇宙空间已检测出至少200多种分子，显示水绝对不稀有。氢和氧在宇宙中分别排名第1与第3位，且氢在大爆炸后不到1秒就出现，氧则诞生于第一代恒星的核聚变反应，这表明水分子在宇宙很早期阶段就已存在。
关键问题在于水分子在宇宙空间如何形成。分子云的温度约在10K（-263℃）极端条件下，通常化学反应难以进行。然而，分子云中的冰微粒上却发生着极低温表面特有的特殊反应，生成氢分子、水分子、二氧化碳和有机分子。氢分子、水分子等大多在此类冰尘表面生成，得益于量子力学隧穿效应。
分子云化学反应分为气相反应和星际尘埃表面反应。气相反应形成一氧化碳，而H2分子、H2O、CO2、H2CO、CH3OH、NH3等主要分子的观测无法仅通过气相反应解释。研究显示，H2O（冰）主要通过表面化学反应形成，尤其是在星际尘埃表面。实验证实，通过(a)氧原子的氢原子加成反应、(b)氧分子的氢原子加成反应、(c) OH自由基与氢分子的反应，生成H2O（冰）。
表面反应的优势包括：分子或原子在固体表面等待其他原子的到来概率增加，反应热释放到固体微粒后新生成的分子被稳定化，以及固体表面的催化作用。实验方法通过冷冻机将金属基板冷却到-263℃左右，制作出模拟宇宙的冰微粒（冰薄膜），证实了冰的无定形结构与天文观测一致。
射电观测技术可探测宇宙诞生初期的水分子。ALMA观测捕捉到约130亿年前星系「SPT0311-58」发出的水分子射电信号。这一发现是关于宇宙初期星系中分子气体含量的最详细研究，也是检测到的最古老水分子。观测到的水分子射电信号与星系中恒星孵化活跃度的指标相关，因为水分子吸收远红外线并以射电形式发射，其数量反映星系中尘埃放射的远红外线。
