【导语】

一项基于阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）的最新观测显示，星际彗星3I/ATLAS所含水分子的氘氢比（D/H）显著高于太阳系内形成的彗星和地球海洋。这一结果被研究团队视为其诞生于极端低温行星系统的直接证据，并为比较不同行星系统的形成条件提供了新的观测约束。

水与氘氢比：行星系统形成的化学线索

水分子由两个氢原子和一个氧原子组成，化学式为 H₂O。通常情况下，水中的氢原子核只含有一个质子；而在所谓“重水”或“半重水”（HDO）中，部分氢被氘（D）取代。氘是一种含有一个质子和一个中子的氢同位素。

研究人员指出，水中氘与氢的比值是追溯水的形成地点和物理条件的重要化学示踪剂，可反映水在形成后经历的加工过程。此前在太阳系彗星中观测到的重水或半重水含量，已知可超过普通水的 30 倍。

在天体生物学和行星形成研究中，水被视为关键分子。一方面，水是地球生命起源的重要溶剂，并被用作寻找潜在太阳系外适居环境的标志；另一方面，在恒星和行星形成过程中，气态水是分子云高效冷却剂，有助于分子云坍缩形成恒星，而冰态水覆盖在尘埃颗粒表面，则有利于颗粒黏结，加速行星核心的生长。

目前，天文学家已在银河系以及高红移星系中，以气态和冰态形式探测到水，相关环境包括分子云、原恒星系统、前星核、原行星盘以及太阳系内的彗星、陨石、活跃小行星、行星和卫星。现有研究正尝试在这些多样环境之间建立水的演化联系，以厘清其在行星系统形成中的起源和演变路径。

ALMA锁定3I/ATLAS水中异常高D/H比

3I/ATLAS是一颗星际彗星，其轨道显示其并非诞生于太阳系。日本国立天文台（NAOJ）昴星团望远镜此前拍摄的图像清晰呈现了这颗彗星的外观。

密歇根大学博士生 Luis E. Salazar Manzano 表示，团队利用 ALMA 对 3I/ATLAS 进行了高灵敏度观测，测量其水中氘氢比。“我们利用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）进行的新观测显示，导致我们太阳系形成的条件与银河系其他区域行星系统的演化截然不同，”他说。

同为密歇根大学的 Teresa Paneque-Carreño 博士介绍，ALMA 的观测能力在此次研究中发挥了关键作用。“多数仪器无法指向太阳，但像 ALMA 这样的射电望远镜可以，”她表示。研究团队在彗星近日点经过后的数天内，即其从太阳背后重新出现时，对其进行观测，从而获得其他仪器难以取得的分子信息。

观测结果显示，3I/ATLAS 水中的 D/H 比值是太阳系内形成的彗星的 30 多倍，是地球海洋的 40 多倍。研究人员据此认为，这一异常高的氘氢比记录了该彗星诞生地在数十亿年前截然不同的物理环境。

指向超低温气体云与特殊辐射环境

Salazar Manzano 表示，根据测得的 D/H 比值，形成 3I/ATLAS 所在行星系统的气体云“可能非常寒冷”，其条件与孕育太阳系及本地彗星的环境存在明显差异。

他指出，导致重水含量增强的相关化学过程对温度极为敏感，通常需要低于约 30 开尔文（-243 摄氏度，或 -406 华氏度）的环境。研究团队认为，彗星水中氘氢比的增强是在其母体行星系统形成阶段就已确定，并在随后被抛射至星际空间的过程中得以长期保存。

根据研究人员的描述，这颗星际彗星应当诞生于比太阳系形成环境更为寒冷的行星系统，并在非常特定的辐射条件下形成。Paneque-Carreño 博士表示：“每颗星际彗星都带来了一点它的历史和化石，来自别处。我们不知道确切位置，但借助 ALMA 这样的仪器，我们可以开始理解那个地方的条件，并与我们自己的环境进行比较。”

研究团队强调，相较于此前在星际彗星中发现的更复杂分子，此次对水中氘氢比的测量提供了“独特且根本性”的线索。这是因为氘和氢的丰度在宇宙大爆炸时已被设定，相关比值的变化直接反映后续低温化学过程的影响。

研究发表

上述研究成果已于 2026 年 4 月 23 日在线发表在《自然天文学》（Nature Astronomy）杂志上，论文题为《3I/ATLAS 中水的 D/H 比作为探测另一行星系统形成条件的工具》（3I/ATLAS中水的D/H比作为探测另一行星系统形成条件的工具），作者为 L.E. Salazar Manzano 等人，论文 DOI 为 10.1038/s41550-026-02850-5。