爱读书 探索 地球是如何形成的?新研究改写了地球诞生的时间线

地球是如何形成的?新研究改写了地球诞生的时间线

根据一项分析。认为地球的形成不同于从前的模型,与CI球粒陨石的形成相似,新的模型认为地球的形成只用了500万年,比目前的模型显示的要短几倍。

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在太阳系形成初期,形成年幼的地球所花费的时间可能比我们认为的要短得多。

一项分析显示,有证据表明,仅仅用了 500 万年,形成地球的大多数物质就聚集在一起了——这比目前模型推算出的时间短了几倍。

对前一理论的重新审视,让我们对行星形成机制的理解发生了很大变化。行星的形成机制可能比我们预想的更丰富,即使是位于同一区域的同类行星也可能由不同机制形成,例如同为岩石行星的火星和地球。

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由此可见,我们并不百分百确定行星是如何形成的。天文学家对此有很好的总体思路,但至于细节……没办法,我们不确定,因为行星的形成很难被观察到。

行星形成过程的大概过程与该过程自身有关。当一团团的尘埃和气体在自身引力作用下坍缩并开始旋转时,恒星就开始形成。上述过程使周围的灰尘和气体开始以其为中心形成漩涡,就像水围着在排水沟眼打旋一样。

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当它旋转时,所有这些物质会形成一个扁平的圆盘,被成长中的恒星吞噬。但圆盘并不会被完全吞掉——剩下的部分叫做原行星盘(protoplanetary disc),它会继续形成行星;这就是为什么所有太阳系的行星都大致排列在围绕太阳的一个平面上。

当谈及行星形成时,人们认为圆盘中微小的灰尘和岩石会在静电力的作用下粘在一起。然后,随着它们体积的增大,它们产生的重力也会增大。它们开始通过偶然的相互作用和碰撞吸引其他团块,逐渐变大,直到它们成为一个完整的星球。

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对于地球而言,人们认为这个过程需要数千万年。但根据丹麦哥本哈根大学(University of Copenhagen in Denmark)的科学家对地幔中发现的铁的同位素的分析表明,事实可能并非如此。

就组成而言,地球似乎不同于太阳系的其他天体。地球、月球、火星、陨石都含有天然生成的铁的同位素,如 铁-56 和较轻的 铁-54。但上述物质的含量在月球、火星和大多数陨石上都较为相似,只有地球的 铁-54含量明显低于上述天体。

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唯一与地球成分相似的其他岩石是一种罕见的陨石—— CI 球粒陨石(CI chondrite)。这些陨石的有趣之处在于它们的成分与整个太阳系相似。

想象一下,如果你收集了做博洛尼亚大红肠所需的一切食材。把它们放进一个大锅中混合起来——这就是原行星盘,太阳系的雏形。但你如果把原料放进一堆小锅里,且每个锅中原料的比例有所不同——现在你就有了单独的行星和小行星。

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CI 球粒陨石的特别之处在于这个类比。它们就像装有制作博洛尼亚大红肠所需的所有食材的小锅,且食材的比例是符合菜谱要求的最初的比例。所以,这些陨石就是46亿年前太阳系诞生之初,原行星盘中旋转的尘埃的缩影。

根据目前的行星形成模型,如果形成天体的物质只是单纯地被混合在一起,那么地球地幔中铁的含量应当和所有不同种类陨石加在一起的铁的含量相同,这意味着地球地幔中铁-54的含量应该更高。

事实上,我们星球的成分仅与 CI 尘埃相似的事实证明了其他行星形成模型的存在。研究人员认为,地球的铁地核不是通过行星吸积岩石形成的,而是通过宇宙尘埃雨形成的,上述过程比吸引、累积大岩石以形成地核的过程更快。在此过程中,铁核的形成吞噬了早期的铁。

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然后,随着太阳系逐渐降温,在最初的几十万年后,距离更远的 CI 尘埃得以向内迁移,到达地球正在形成的地方。它洒遍了地球,基本上覆盖了地幔中的任何铁。

因为原行星盘的活动和大量 CI 尘埃落在地球上的过程只持续了大约 500 万年,因此研究人员得出结论,地球一定是在这个时间范围内形成的。

哥本哈根大学的行星地质学家马丁·席勒解释称:“这种情况只有在把前期积累的大部分铁移入地核的情况下才有可能发生,因此只有后来的 CI 尘埃覆盖了地幔中的铁成分这种说法才能成立”。

“这也说明了为什么地核一定在早期就形成了。”

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如果地球就是按照这个“宇宙尘埃”吸积模型形成的,那么这项研究也意味着宇宙中其他地方的其他行星也可能是这样形成的。

这不仅拓宽了我们对行星形成的理解,而且可能影响我们对宇宙中生命的理解。可能这种行星形成机制是一种先决条件,它对生命的诞生有积极影响。

哥本哈根大学的宇宙化学家马丁·比扎罗说:“现在我们知道,行星的形成无处不在。我们有说得通的通用的行星形成机制,它们能造出行星系统。当我们在自己的太阳系中理解了这些机制时,我们可能会对银河系中的其他行星系统做出类似的推论。这包括水是在何时、用了多久积累出来的”。

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“如果早期行星吸积理论真的正确,那么水可能只地球这样的行星形成时的副产品。那么,我们也更有可能在宇宙的其他地方找到形成生命的成分。”

本研究由《科学进步》发表。

BY: MICHELLE STARR

FY: 忆染

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