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翻譯：陳艷玲 

校譯：汪榮鑫 陸寅楓 田程偲

編排：胡暖暖

原文鏈接：

https://www./astronomy-news/did-a-mars-size-body-bring-life-essential-elements-to-earth/

一個(gè)火星大小的天體可能在很久以前曾經(jīng)碰撞地球，帶來(lái)了生命誕生必需的易揮發(fā)元素。

Don Davis / The New Solar System

科學(xué)家們很久以前就對(duì)地球上這些易揮發(fā)有機(jī)物元素的來(lái)源提出了很多假說(shuō)。這些低沸點(diǎn)易揮發(fā)元素包括碳、硫、氮，在地球早期是不存在的。萊斯大學(xué)的研究者提出這些揮發(fā)物可能是與地球碰撞后產(chǎn)生月球的那個(gè)天體帶來(lái)的。他們的研究結(jié)果被發(fā)表在1月23日的Science Advances雜志上。

45億年前當(dāng)?shù)厍蜷_(kāi)始形成的時(shí)候，它在原初行星盤(pán)中的周?chē)h(huán)境里吸積氣體、塵埃、和殘骸，形成一個(gè)熔融的巖漿球。任何易揮發(fā)的元素在這樣的極高溫環(huán)境下都會(huì)蒸發(fā)——意味著一定有后續(xù)事件將易揮發(fā)元素送到地球上，才會(huì)產(chǎn)生生命。

科學(xué)家很早就提出一個(gè)假說(shuō)，認(rèn)為地球上那些富含揮發(fā)物的原初含碳隕石從太陽(yáng)系外飛來(lái)，并在地球形成的最晚期與地球碰撞。但是文章的第一作者——研究生Damanveer Grewal說(shuō)這個(gè)假說(shuō)存在漏洞：含碳球粒狀隕石中的碳氮比例是20比1，但是地球上的硅酸鹽（廣泛存在于地球的地殼、大氣、地幔、海洋中）中的碳氮比例卻僅有2比1。研究者不得不思考可能給地球帶來(lái)?yè)]發(fā)性元素的其他來(lái)源。

科學(xué)家制作了一個(gè)物理模型，他們模擬了一個(gè)高溫高壓環(huán)境來(lái)模擬原初行星體形成的環(huán)境。他們用混合的硅酸鹽模擬地殼和地幔，用鐵鎳合金模擬地核，在模型中加入易揮發(fā)元素，觀察在這樣的環(huán)境中，也就是合金與硅酸鹽混合物分離的過(guò)程中，易揮發(fā)元素的分布如何演變。

科學(xué)家特別注意了碳元素分布的演變：如果碳元素傾向于沉積在行星核中，那么硅酸鹽中的碳氮比應(yīng)該偏低；反之，如果碳元素傾向于進(jìn)入行星幔中的硅酸鹽，硅酸鹽中的碳氮比應(yīng)該偏高。

實(shí)驗(yàn)表明，碳元素如何分布取決于硫元素是否存在。若模型中沒(méi)有硫元素，大部分碳元素會(huì)沉積于行星核中；若模型中含有25%的硫元素，大部分碳元素會(huì)上浮進(jìn)入硅酸鹽中，導(dǎo)致行星幔中檢測(cè)出很高的碳氮比。

上述實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果后，團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備繼續(xù)模擬最可能是什么樣的天體將易揮發(fā)元素帶給了地球。聯(lián)合作者Chenguang Sun說(shuō)他們做了近十萬(wàn)次實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同尺寸和成分的撞擊物，探索究竟哪一類(lèi)天體碰撞地球最容易在地球上造成這樣的元素配比。模擬結(jié)果表明：火星大小的天體最有可能，而這個(gè)尺寸的天體恰好也是撞擊地球產(chǎn)生月球的最可能情況。

模擬表明，在地球吸積到大約是今天質(zhì)量的90%的時(shí)候，與這個(gè)富含揮發(fā)性元素的天體發(fā)生了碰撞。碰撞后，地球吸收了周邊的小天體。天體的核與地核發(fā)生融合，使地核中的硫元素含量劇增。同時(shí)，天體的幔（主要由硅酸鹽組成）與地幔發(fā)生了融合。融合總體來(lái)說(shuō)稀釋了地球上的碳、氮總含量，但是碳氮的比例可能并沒(méi)有發(fā)生改變。最終，與天體碰撞融合后，地球的質(zhì)量和元素配比滿(mǎn)足了生命誕生的條件。對(duì)這種撞擊的模擬結(jié)果是在地球的硅酸鹽中達(dá)到碳氮比40比1。

示意圖描繪了地球與一個(gè)核幔分離的天體碰撞融合的過(guò)程。核中富含硫元素，使最終融合的天體的幔中的硅酸鹽含有很高的碳氮比。這場(chǎng)可能形成月球的碰撞解釋了地球上生命誕生必備的碳、氮、硫元素從何而來(lái)。

Rajdeep Dasgupta

但是明尼蘇達(dá)大學(xué)的Marc Hirschmann質(zhì)疑道：“這個(gè)理論雖然可以很好地解釋地球上的碳氮硫元素配比，但并不能很好的解釋水的來(lái)源，水的來(lái)源可能更加復(fù)雜。地球上的易揮發(fā)元素可能不是一次碰撞湊齊的，還有很多其他機(jī)會(huì)可以為地球帶來(lái)易揮發(fā)元素?！?/p>

責(zé)任編輯：陳艷玲

牧夫新媒體編輯部

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