大约46亿年前,我们的太阳系诞生于一片原始星云中。在它的正中心,大量的物质集中在一起,坍缩形成了今天的太阳。

地球的形成理论要改写了?地幔中的铁同位素,暗示了另一种可能-MAAMX

一般来说,我们认为,行星的形成也是来自于星际尘埃和气体。它们首先在静电力的作用下开始聚合,在这个过程中变得越来越大。当某一块凝聚物足够大时,它的引力就开始发挥作用,接管这片星云,在更大范围内吸引周围的物质下落。就像滚雪球一样,越吸收物质就变得越大,越大就越有足够的引力吸引更远处的物质下落。这种下落过程还伴随着剧烈的撞击,最终形成了各个行星。

此前我们一直认为,这个过程可能会持续数千万年的时间。不过,丹麦哥本哈根大学的科学家们最近在对地幔的铁同位素进行分析的时候发现,我们以前的想法可能错了。

实际上,虽然同属于岩石星球,但仔细分析就会发现,地球和火星、月球等天体还是有些区别的。这些星球都含有很多天然的铁同位素,如铁-56、铁-54等。但是和其他同伴相比,地球的铁-54含量非常少,而月球、火星和其他大部分陨石都比较一致。

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科学家们举了一个例子:我们将太阳系比作一根腊肠,那么形成太阳系的原始星云就是各种原材料的混合体,不同元素的原子就相当于是肉馅、调料、肠衣……不同的材料所占的比例也不同,它们未来也会参与到不同的天体形成的过程中。比如:绝大部分氢和氦都被太阳夺走了,剩下的部分又有绝大部分存在于木星、土星、海王星和天王星的体内。

但是,有这么一种天体,它们内部的各种元素的比例竟然仍然保持着原始星云的数据。也就是说,这种天体的元素比例精确地代表着原始星云的元素比例,这种天体叫做CI碳质球粒陨石。如果你手里有一块CI碳质球粒陨石,那么只要检测一下,就能知道46亿年前形成太阳系的原始星云是什么样的。

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有趣的是,在铁的同位素方面,CI碳质球粒陨石和地球的成分比例竟然是一致的,太阳系再没有其他天体是这样的。所以我们有理由认为,CI碳质球粒陨石和地球的形成有着重要的关联。而这个推测,又与先前的理论相矛盾。

根据目前的行星形成模型来看,在46亿年前,太阳系的位置上只有一片原始星云。在重力的作用下,它开始坍缩,并且像水流入下水道一样,开始旋转。在这种旋转的状态下,整个星云变扁,所以今天的太阳系天体大部分轨道都在一个很小的平面范围内。在中心区域,形成了今天的太阳。

剩余的物质,也在同样的过程中形成了行星等其他天体。同时,这个过程中也会伴随着天体之间的撞击,变成更大的天体。比如原始地球,可能没有这么巨大,但是在和一个火星大小的行星撞击后才有今天这么大。只不过,这样的情况发生概率极低,所以很久才会出现。

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如果地球像其他行星一样按照这个理论慢慢地形成,那么地幔的铁同位素丰度将会代表着太阳系各种陨石混合后的数据,而不是仅仅与CI碳质球粒陨石相一致。也就是说,铁-54的含量应该更高一些。既然地球的铁-54含量和CI碳质球粒陨石相同,那就意味着其他陨石可能并没有参与到地球的形成过程。即使它们后来也落在了地表,但最终只构成了地壳,没有进入地幔。

因此,地球的形成过程很可能并不符合传统的行星形成模型,而是属于另一种。

他们推测,地球的核心并不是岩石撞击形成的,而是来自于另一种更快速的渠道:宇宙尘埃的倾盆而下,它们构成了地核里的铁。在接下来的几十万年时间里,随着太阳系的冷却,更远处的CI碳质球粒陨石也在引力的作用下靠近地球,并且落在原始地核上,形成了今天的地幔,也构成了地幔里绝大部分的铁。

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由于包括CI碳质球粒陨石在内的整个原始星云所存在的时间不足500万年,因此,如果地球真的是通过这个过程形成的,那么它的形成过程也不会持续超过500万年。这个过程所持续的时间,比原本的理论短了许多,因此还是很令人震惊的。

哥本哈根大学的行星地质学家Martin Schiller介绍说:“这些后来的CI碳质球粒陨石改变了地幔中铁元素的成分含量,但这里面有一个条件,那就是此前的铁元素中大部分都已经进入到地球核心处才可以,这也是地核必须要在更早以前完全形成的原因。”

可以说,这个行星形成理论还是比较新鲜的,为我们展示了一种新的可能。而且,如果地球真的是通过这样的过程形成的,那么宇宙中一定还有其他行星也经历了同样的过程。

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更重要的是,研究人员还大胆推测,这样的形成过程或许与生命的形成有关。作为目前唯一可能通过这个方式形成的行星,地球还有一个更重要的特点,那就是孕育了生命,而二者之间可能是有关系的。他们认为,这种形成过程或许是行星孕育生命的先决条件。

哥本哈根大学的宇宙化学家向我们解释了他们提出这种猜测的原因:“我们知道,宇宙中到处都有行星在形成。目前来说,我们已经提出了行星形成的一种有效的通用理论。当我们对太阳系内的这些机制有所了解后,就会推广到银河系,对其他行星系统提出类似的猜想。如果这个早期行星吸积过程的理论真的成立,那么水可能只是地球这样的行星在形成过程中所出现的副产品——这意味着,这种我们目前认定是孕育生命的必需物质极有可能更容易在宇宙中随处可见。”

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虽然你可能并没有听出二者之间的联系,但地球的生命是独一无二的,而地球的元素构成也与其他岩石行星大相径庭,我们也很难说清二者之间到底有什么关系。总之,不论是生命还是地球,都是宇宙中的奇迹。至于造成这个奇迹的原因,也一定不在少数。没有一个条件能够独自创造这样的奇迹,但任何一个条件的缺失,也可能会让奇迹无法发生。