地球和火星的銅和鋅等元素含量低得驚人，而這些元素對于行星化學和潛在的生命至關重要。一項新研究推翻了舊理論，表明這些元素在行星早期構成要素中曾十分豐富。真正的損失很可能發生在后來的史詩級太空碰撞中，而非此前認為的早期形成時期。這一發現徹底改變了我們對像地球這樣的宜居行星如何形成的理解。

早期太陽系行星形成過程中的行星碰撞。圖片來源：Kouji Kanba

幾十年來，科學家們一直試圖解開一個根本謎團：地球的關鍵元素從何而來？為什么其中一些元素會消失？一項新的研究提供了一個意想不到的答案，重塑了我們對地球形成過程的理解。

這項研究由亞利桑那州立大學助理教授達曼維爾·格雷瓦爾 (Damanveer Grewal) 領導，并與加州理工學院、萊斯大學和麻省理工學院的研究人員合作，挑戰了長期以來關于地球和火星為何缺乏中等揮發性元素 (MVE) 的認知。這些元素，例如銅和鋅，對行星化學至關重要，并且經常與水、碳和氮等維持生命的成分同時存在。追溯它們的起源對于理解地球如何變得宜居至關重要。

激光驅動磁化無碰撞沖擊實驗。圖片來源：Hui-bo Tang 等人

這項研究發表在《科學進展》雜志上，采用了一種新穎的研究方法，研究的是鐵隕石。鐵隕石是古代行星構造塊（或稱行星）的富含金屬的殘留物，形成于早期太陽系內。

“我們發現了確鑿的證據，證明太陽系內層的第一代行星出乎意料地富含這些元素，”格雷瓦爾說。“這一發現重塑了我們對行星如何獲取其成分的理解。”

此前，科學家們認為，MVEs的消失要么是因為它們在早期太陽系中從未完全凝聚，要么是因為它們在行星分化過程中逃逸。然而，這項研究揭示了一個不同的故事：許多早期行星都保留了它們的MVEs，這表明地球和火星的構成要素在后來的劇烈宇宙碰撞時期失去了它們，而正是碰撞塑造了它們的形成。

實驗中的離子速度譜和一維PIC模擬。圖片來源：Hui-bo Tang等人。

令人驚訝的是，研究小組發現許多太陽系內行星保留了類似球粒隕石的MVE豐度，這表明它們在經歷分化的過程中吸積并保存了MVE。這表明，地球和火星的前身并非一開始就缺乏這些元素，而是在長期的碰撞生長過程中逐漸流失，而非太陽星云中的不完全凝聚或行星分化。

“我們的研究重新定義了我們對行星化學演化的理解，”格雷瓦爾解釋道。“它表明，地球和火星的構成要素最初富含這些生命必需元素，但行星生長過程中的劇烈碰撞導致了它們的消耗。”

編譯自/scitechdaily