小行星帶來了生命必需元素？_風聞

原創：牧夫天文

翻譯：陳豔玲 

校譯：汪榮鑫 陸寅楓 田程偲

編排：胡暖暖

原文鏈接：

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

引言

在碰撞假説中，地球與火星大小的天體碰撞後不僅產生了月球，還可能帶來了生命誕生必需的元素。

一個火星大小的天體可能在很久以前曾經碰撞地球，帶來了生命誕生必需的易揮發元素。

Don Davis / The New Solar System

科學家們很久以前就對地球上這些易揮發有機物元素的來源提出了很多假説。這些低沸點易揮發元素包括碳、硫、氮，在地球早期是不存在的。萊斯大學的研究者提出這些揮發物可能是與地球碰撞後產生月球的那個天體帶來的。他們的研究結果被髮表在1月23日的Science Advances雜誌上。

碳元素：去地幔還是地核？

45億年前當地球開始形成的時候，它在原初行星盤中的周圍環境裏吸積氣體、塵埃、和殘骸，形成一個熔融的岩漿球。任何易揮發的元素在這樣的極高温環境下都會蒸發——意味着一定有後續事件將易揮發元素送到地球上，才會產生生命。

科學家很早就提出一個假説，認為地球上那些富含揮發物的原初含碳隕石從太陽系外飛來，並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説這個假説存在漏洞：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（廣泛存在於地球的地殼、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揮發性元素的其他來源。

科學家制作了一個物理模型，他們模擬了一個高温高壓環境來模擬原初行星體形成的環境。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元素，觀察在這樣的環境中，也就是合金與硅酸鹽混合物分離的過程中，易揮發元素的分佈如何演變。

科學家特別注意了碳元素分佈的演變：如果碳元素傾向於沉積在行星核中，那麼硅酸鹽中的碳氮比應該偏低；反之，如果碳元素傾向於進入行星幔中的硅酸鹽，硅酸鹽中的碳氮比應該偏高。

實驗表明，碳元素如何分佈取決於硫元素是否存在。若模型中沒有硫元素，大部分碳元素會沉積於行星核中；若模型中含有25%的硫元素，大部分碳元素會上浮進入硅酸鹽中，導致行星幔中檢測出很高的碳氮比。       

富含易揮發元素的天外來客

上述實驗得到結果後，團隊準備繼續模擬最可能是什麼樣的天體將易揮發元素帶給了地球。聯合作者Chenguang Sun説他們做了近十萬次實驗模擬不同尺寸和成分的撞擊物，探索究竟哪一類天體碰撞地球最容易在地球上造成這樣的元素配比。模擬結果表明：火星大小的天體最有可能，而這個尺寸的天體恰好也是撞擊地球產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量的90%的時候，與這個富含揮發性元素的天體發生了碰撞。碰撞後，地球吸收了周邊的小天體。天體的核與地核發生融合，使地核中的硫元素含量劇增。同時，天體的幔（主要由硅酸鹽組成）與地幔發生了融合。融合總體來説稀釋了地球上的碳、氮總含量，但是碳氮的比例可能並沒有發生改變。最終，與天體碰撞融合後，地球的質量和元素配比滿足了生命誕生的條件。對這種撞擊的模擬結果是在地球的硅酸鹽中達到碳氮比40比1。

示意圖描繪了地球與一個核幔分離的天體碰撞融合的過程。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。

Rajdeep Dasgupta

但是明尼蘇達大學的Marc Hirschmann質疑道：“這個理論雖然可以很好地解釋地球上的碳氮硫元素配比，但並不能很好的解釋水的來源，水的來源可能更加複雜。地球上的易揮發元素可能不是一次碰撞湊齊的，還有很多其他機會可以為地球帶來易揮發元素。”

『天文時刻』 牧夫出品

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不像火星，地球有磁場保護，免受太陽風吹走我們的大氣層。