科学家对地球形成的方式提出新见解

苏黎世联邦理工学院领导的国际研究小组提出地球形成新理论,或许还能解释其他岩质行星如何形成。研究发布于《自然天文学》期刊。

主要作者实验行星学教授Paolo Sossi指出,天体物理学和宇宙化学的主流理论是地球是由球粒陨石的小行星(chondritic asteroids)组成,是太阳系早期形成的较小、单纯的岩石金属团块。然而这些球粒陨石的混合物无法解释地球的确切组成,因地球氢和氦等较轻、易挥发元素的含量比预期还少。

多年来,人们提出各种假设解释这种差异,如假设物体撞击地球产生大量热量,使轻元素汽化,导致地球目前的组成成分。

但Sossi指出,元素同位素都有相同质子数,但有不同中子数。中子数较少的同位素较轻,因此容易逃逸。如果加热汽化理论正确,那如今地球发现轻同位素就会比原始球粒陨石发现要少,但测量结果并没有显示。

因此,Sossi团队寻找另一种解决方案。借由行星形成的动态模型指出,太阳系行星是逐步形成。随着时间增加,尘埃粒子彼此通过引力吸积并逐渐变成公里等级的微行星(Planetesimal)。与球粒陨石类似,微行星也是由岩石和金属组成的小天体,但不同的是,加热到足以分化成有金属内核和岩石外壳的分层构造。更重要的是,年轻太阳周围的不同区域、不同时形成的微行星可能有非常不同的化学成分。不同成分的微行星随机组合是否真的导致和地球相同的组成成分?

模拟结果指出:数千颗微行星在早期太阳系相互碰撞,随着时间增加,天体出现,可对应水星、金星、地球和火星四颗岩石行星。

(首图为地球形成示意图,左边是球粒小行星,右边是微行星。来源:ETH Zürich)

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