【博科園-科學(xué)科普】根據(jù)星云假說(shuō)：太陽(yáng)系被認(rèn)為是通過(guò)吸積過(guò)程形成的。從本質(zhì)上講這始于一團(tuán)巨大的塵埃和氣體。太陽(yáng)星云經(jīng)歷了中心的引力坍縮，產(chǎn)生了太陽(yáng)。剩下的塵埃和氣體隨后形成了圍繞太陽(yáng)的原行星盤，逐漸形成了行星。

計(jì)算機(jī)模擬兩個(gè)(相對(duì)較小的)行星相互碰撞的快照。這些顏色顯示了撞擊體的巖石(位于撞擊區(qū)域中心的暗灰色)，向目標(biāo)體(巖石，淺灰色)而撞擊區(qū)域的一些巖石是熔融(黃色到白色)或汽化(紅色)。圖片版權(quán)：Philip J. Carter

然而關(guān)于行星如何進(jìn)化成不同的組成部分的過(guò)程仍然是一個(gè)謎。幸運(yùn)的是來(lái)自布里斯托爾大學(xué)的一組研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)新的研究，以一種全新的視角來(lái)研究這個(gè)課題。通過(guò)對(duì)地球樣本和隕石的結(jié)合，他們揭示了地球和火星是如何形成和演化的。

這項(xiàng)名為“鎂同位素證據(jù)表明行星成分的增生”的研究最近發(fā)表在《自然》雜志上。在布里斯托爾大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院的高級(jí)研究員Remco c . Hin的帶領(lǐng)下，研究小組比較了來(lái)自地球、火星和灶神星的巖石樣本，以比較它們內(nèi)部的鎂同位素水平。

早期太陽(yáng)系的概念圖，在一個(gè)吸積盤中粒子的碰撞導(dǎo)致了行星的形成和最終的行星。圖片版權(quán)：NASA/JPL-Caltech

他們的研究試圖回答科學(xué)界的一個(gè)揮之不去的問題——即行星是否形成了今天的樣子，或者隨著時(shí)間的推移，它們是否獲得了獨(dú)特的成分?正如Remco Hin博士在布里斯托爾大學(xué)的新聞稿所解釋的那樣：我們已經(jīng)提供了證據(jù)，表明地球和火星的形成過(guò)程中發(fā)生了一系列的事件，使用了高精確度的鎂同位素組成?！辨V同位素比值的變化是由于硅酸鹽蒸氣損失，優(yōu)先包含較輕的同位素。這樣，我們估計(jì)地球上超過(guò)40%的質(zhì)量在其建造過(guò)程中消失了。這個(gè)牛仔建筑的工作，正如我的一位合作者所描述的，也負(fù)責(zé)創(chuàng)造地球獨(dú)特的組成。

為了將其分解，吸積物包括與相鄰的團(tuán)塊發(fā)生碰撞，形成更大的物體。這一過(guò)程非?；靵y，由于高速碰撞產(chǎn)生的極熱，物質(zhì)材料經(jīng)常會(huì)丟失。據(jù)信這種熱量在形成的行星上創(chuàng)造了大量的巖漿，更不用提蒸發(fā)巖的臨時(shí)大氣層了。

在行星與火星大小差不多的時(shí)候，它們的引力太弱，無(wú)法控制住這些大氣。隨著更多的碰撞發(fā)生，這些大氣和行星本身的組成將會(huì)發(fā)生巨大的變化。地球上的行星——水星、金星、地球和火星——是如何獲得它們目前的、揮發(fā)性的成分的，這是科學(xué)家們希望解決的問題。

后期重碰撞期的概念圖。版權(quán)：NASA

例如一些人認(rèn)為行星的當(dāng)前組成是行星形成初期的氣體和塵埃的特殊組合的結(jié)果——地球上的行星是硅酸鹽/金屬含量豐富，但卻很不穩(wěn)定，因?yàn)槠渲械脑刈罱咏?yáng)。另一些人則認(rèn)為，他們目前的構(gòu)成是他們暴力生長(zhǎng)和與其他身體碰撞的結(jié)果。

為了闡明這一點(diǎn)Hin博士和他的同事們分析了地球上的樣本，以及火星和小行星灶神星的隕石使用了一種新的分析方法。這種技術(shù)能夠獲得比以往任何方法更精確的鎂同位素定量。這一方法還表明，所有不同的物體——像地球、火星和灶神星——都有比隕石隕石更重的同位素。

由此他們得出了三個(gè)結(jié)論。首先發(fā)現(xiàn)，地球、火星和灶神星都有不同的鎂同位素配額，這不能從太陽(yáng)星云的冷凝來(lái)解釋。其次對(duì)重鎂同位素的研究表明，在所有的情況下，在經(jīng)過(guò)反復(fù)的汽化后，這些行星在形成過(guò)程中損失了大約40%的質(zhì)量。

最后他們確定吸積過(guò)程會(huì)產(chǎn)生其他化學(xué)變化，從而產(chǎn)生地球獨(dú)特的化學(xué)特性。簡(jiǎn)而言之研究表明地球、火星和灶神星在形成后都經(jīng)歷了大量的物質(zhì)損失，這意味著它們的特殊成分很可能是隨著時(shí)間的碰撞而產(chǎn)生的。

欣博士補(bǔ)充說(shuō)：研究改變了我們對(duì)行星如何達(dá)到物理和化學(xué)特性的看法。雖然以前人們都知道建造行星是一個(gè)劇烈的過(guò)程，而地球等行星的組成是截然不同的，但還不清楚這些特征是否有關(guān)聯(lián)。在行星增生的高能碰撞過(guò)程中，蒸汽損耗對(duì)行星的構(gòu)成有深遠(yuǎn)的影響。

這種劇烈的形成過(guò)程可能是行星的一般特征。這些發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)太陽(yáng)系的形成有重要意義，而且對(duì)于太陽(yáng)系外的行星也是如此。在探索遙遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)的時(shí)候，行星的獨(dú)特成分將告訴我們很多關(guān)于它們形成的條件，以及它們是如何形成的。

參考：University of Bristol, Nature