摘要：根據(jù)當(dāng)前的行星形成模型，地幔中鐵-54的豐度應(yīng)該更高，但實(shí)際上地球上的鐵-54豐度卻不像太陽(yáng)系中的其他行星那樣。這一研究改變了我們對(duì)行星形成的理解。研究人員認(rèn)為，地球的鐵芯不是通過(guò)巖石撞擊形成的，而是通過(guò)宇宙塵埃的降落形成的。這一過(guò)程比巖石的吸積要快。

地球的形成時(shí)間比我們預(yù)想的要短得多。

根據(jù)一項(xiàng)對(duì)隕石中發(fā)現(xiàn)的鐵同位素的最新分析，地球大部分只用了五百萬(wàn)年的時(shí)間就聚合到了一起，這比目前模型顯示的時(shí)間短了好幾倍。

鐵元素電子排布圖

這項(xiàng)修正對(duì)目前我們理解行星的形成極為重要，它指出行星形成的機(jī)制可能比我們認(rèn)為的更加復(fù)雜多樣，即使是坐落在同一區(qū)域的相同類型的行星之間也不盡相同——比如巖石行星，火星和地球。

我們并不是百分之百確定行星究竟是怎么形成的。天文學(xué)家提出了很好的概論，但是更為精細(xì)的細(xì)節(jié)在實(shí)際中是難觀察到的。

行星形成大致過(guò)程和恒星本身形成息息相關(guān)。當(dāng)塵埃和氣體組成的云團(tuán)在自身引力作用下坍塌并開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，恒星就形成了。這就使得它周圍的塵埃和氣體開始繞著它旋轉(zhuǎn)，就像水繞著排水管旋轉(zhuǎn)一樣。

隨著云團(tuán)的旋轉(zhuǎn)，所有的物質(zhì)形成一個(gè)扁平的圓盤，進(jìn)入到正在形成的恒星當(dāng)中。然而，不是所有的這種“圓盤”都會(huì)被吸收進(jìn)去——剩下的部分被稱作原行星盤，它會(huì)繼續(xù)形成行星；這就是為什么太陽(yáng)系所有行星都在一個(gè)圍繞著太陽(yáng)的大致平面上排列著。

太陽(yáng)系行星排布

而提到行星的形成，目前認(rèn)為是“圓盤”上微小的塵埃和巖石由于靜電作用，而開始粘合到一起。之后，隨著他們體積的增大，其引力強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。通過(guò)偶爾的相互作用和碰撞，他們開始吸引其他云團(tuán)，逐漸變大，直到成為完整的行星。

之前科學(xué)家認(rèn)為地球的這種形成過(guò)程花費(fèi)了數(shù)千萬(wàn)年的時(shí)間。但丹麥哥本哈根大學(xué)的科學(xué)家對(duì)于地球地幔中的鐵同位素的研究卻表明并非如此。

地球的組成

地幔中元素豐度

從組成上講，地球似乎和太陽(yáng)系其他星體是不同的。地球、月球、火星、隕石——全都含有天然存在的鐵同位素，比如鐵-56以及較輕的鐵-54。但是月球、火星以及大多數(shù)隕石上都有類似的鐵元素豐度，而地球的鐵-54卻顯然較少。

唯一與地球成分相似的巖石是一種稀有隕石，叫做CI球粒隕石。有趣的是，這些隕石的組成和整個(gè)太陽(yáng)系是相似的。

CI球粒隕石

想象一下，如果你準(zhǔn)備好了做波隆那肉醬的所有原料，把它們混合到一個(gè)大鍋中——這就是原行星盤，之后形成太陽(yáng)系。但是如果你把這些原料以不同的比例分別放到很多小的鍋?zhàn)又小蔷偷玫搅诵行呛托⌒行恰?/p>

CI球粒隕石的特別之處在于，它們就像類比中的很小的鍋?zhàn)?，裝有完整波隆那肉醬的初始比例的配料。所以，擁有這樣一塊太空巖石，就像是擁有了一個(gè)塵埃的微觀宇宙，而這些塵埃在46億年之前的太陽(yáng)系黎明中繞原行星盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。

根據(jù)當(dāng)前行星形成模型，如果物體只是粘合到一起，那么地球地幔中的鐵元素豐度就會(huì)代表所有不同類型隕石的混合情況，也就是鐵-54的豐度會(huì)更高。

然而事實(shí)是，我們星球的組成只與CI塵埃團(tuán)類似，這就指出了另一種不同的形成模型。研究人員認(rèn)為，地球的鐵芯并非由巖石撞擊在一起所形成，而是由一場(chǎng)早期的宇宙塵埃降落所形成的，這一過(guò)程比巖石積聚過(guò)程要快。在這段時(shí)間中，鐵芯形成，并吸收早期的鐵元素。

之后，隨著太陽(yáng)系的冷卻，遙遠(yuǎn)的CI塵埃團(tuán)在最初的幾十萬(wàn)年之后，能夠向內(nèi)遷移，最終到達(dá)地球形成的地方。它零星分布在地球表面，基本覆蓋了地幔中的所有鐵元素。

研究人員總結(jié)指出，由于原行星盤以及其中大量的CI塵埃（可能降落到地球上）只持續(xù)了大約5百萬(wàn)年，地球一定是在這個(gè)時(shí)間內(nèi)增大生長(zhǎng)的。

“這些增加的CI塵埃覆蓋了地球地幔中的鐵成分，而這種情況，只有在大多數(shù)以前的鐵元素已轉(zhuǎn)移到內(nèi)核的前提下才有可能發(fā)生?！备绫竟髮W(xué)的行星地質(zhì)學(xué)家馬丁席勒解釋說(shuō)，“這就是為什么內(nèi)核一定是在早期形成的。”

如果這個(gè)“宇宙塵?！崩鄯e模型是地球形成的方式，那么這項(xiàng)研究也意味著宇宙中其他地方的一些行星也可能是這樣形成的。

這不僅擴(kuò)寬了我們對(duì)于行星形成的理解，而且可能對(duì)于我們理解宇宙中的生命也會(huì)產(chǎn)生影響。這種行星形成的方式可能是有利于生命存在的先決條件。

“現(xiàn)在我們知道了行星的形成是無(wú)處不在的。我們有通用的機(jī)制來(lái)運(yùn)作和制作行星系統(tǒng)。當(dāng)理解了太陽(yáng)系的這些機(jī)制時(shí)，我們就可以對(duì)銀河系中的其他行星系統(tǒng)做出類似的判斷。包括水是基于什么以及如何積聚起來(lái)的?！备绫竟髮W(xué)的天體化學(xué)家馬丁比扎羅如是說(shuō)，“如果早期行星積聚的理論是正確的，那么水很有可能只是類似地球這種的行星在形成過(guò)程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物——也就是我們所知的生命成分更有可能在宇宙其他地方被發(fā)現(xiàn)。”

BY: sciencealert

FY:?張萌

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處