盡管長(zhǎng)期以來(lái)我們對(duì)生活的這顆星球進(jìn)行了詳細(xì)的研究，但很多基本問題仍然成謎。其中一個(gè)最具代表性的問題就是關(guān)于地球的形成，至今，我們對(duì)地球起源的故事仍然不清楚。

近日，一組國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)基于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬的地球形成的新理論，它也可能暗示著其他巖質(zhì)行星是如何形成的。研究人員已經(jīng)在《自然 · 天文學(xué)》上發(fā)表了他們的研究。

令人費(fèi)解的差異

目前，天體物理學(xué)和宇宙化學(xué)中的主流理論認(rèn)為，地球是由球粒隕石的小行星形成的。它們是太陽(yáng)系早期形成的比較小、簡(jiǎn)單的巖石和金屬塊。

但這一理論的問題在于，這些球粒隕石的混合物都無(wú)法解釋地球的確切組成，地球的揮發(fā)性輕元素，比如氫和氦，比預(yù)期的要貧乏得多。

多年來(lái)，科學(xué)家繼續(xù)提出了各種假說(shuō)來(lái)解釋這種令人費(fèi)解的差異。比如有人推測(cè)，后來(lái)形成地球的天體的碰撞產(chǎn)生了巨大的熱量，使輕元素蒸發(fā)了，留下了地球目前的組成。

但還有一些科學(xué)家認(rèn)為，只要測(cè)量地球不同元素的同位素組成，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些理論大多仍舊站不住腳。

我們都知道，化學(xué)元素的同位素都有相同數(shù)量的質(zhì)子，但中子數(shù)量不同。中子數(shù)更少的同位素更輕，因此應(yīng)該更容易逃逸。換句話說(shuō)，如果受熱氣化的理論是正確的，那么如今在地球上發(fā)現(xiàn)的這些輕的同位素應(yīng)該比在最初的球粒隕石中發(fā)現(xiàn)的更少。但這恰恰是同位素測(cè)量結(jié)果沒有顯示的結(jié)果。

一個(gè)宇宙熔爐

因此，團(tuán)隊(duì)決定尋找另一種解決方案。

他們模擬行星形成的動(dòng)態(tài)模型顯示，太陽(yáng)系的行星是逐步形成的。小型顆粒隨著時(shí)間的推移，通過引力積累越來(lái)越多的物質(zhì)，而成長(zhǎng)為數(shù)千米大小的星子，也就是行星的 " 前身 "。

與球粒隕石相似，星子也是由巖石和金屬組成的小塊。但和球粒隕石不同的是，它們已經(jīng)被充分加熱，分化為金屬的核和巖質(zhì)的幔。更重要的是，在年輕太陽(yáng)周圍的不同區(qū)域，或在不同時(shí)間中形成的星子，可能具有非常不同的化學(xué)成分。

現(xiàn)在的問題便是，不同星子的隨機(jī)組合，是否真的能帶來(lái)與地球相匹配的成分。

為了找出答案，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了更細(xì)致的模擬。在模擬中，成千上萬(wàn)的星子在早期太陽(yáng)系中相互碰撞。這些模型的設(shè)計(jì)方式是，隨著時(shí)間的推移，模型重現(xiàn)了與水星、金星、地球和火星這四顆巖質(zhì)行星相對(duì)應(yīng)的天體。

模擬結(jié)果顯示，許多不同星子的混合體實(shí)際上可以導(dǎo)致地球的有效組成。更關(guān)鍵的是，地球的組成甚至是這些模擬中最有可能的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

其他行星的藍(lán)圖

研究人員相信，我們現(xiàn)在不僅有一種機(jī)制可以更好地解釋地球的形成，而且我們也有一個(gè)參考來(lái)解釋其他巖質(zhì)行星的形成。例如，這一機(jī)制可用于預(yù)測(cè)水星的成分與其他巖質(zhì)行星有什么不同，或者其他恒星周圍的巖質(zhì)系外行星可能是如何組成的。

這項(xiàng)新研究表明，在試圖理解行星的形成時(shí)，考慮動(dòng)力學(xué)和化學(xué)是多么重要。團(tuán)隊(duì)希望，他們的發(fā)現(xiàn)可以讓這兩個(gè)領(lǐng)域的研究人員未來(lái)進(jìn)行更緊密的合作。