地球在太陽(yáng)系中是獨(dú)一無(wú)二的，地球是唯一一個(gè)擁有大量水和一個(gè)相對(duì)較大的衛(wèi)星月球，月球穩(wěn)定了地球的軸線。兩者都是地球孕育發(fā)展生命所必需的。德國(guó)明斯特大學(xué)行星學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)能夠首次證明：大約44億年前，隨著月球的形成，水也來(lái)到了地球。月球是在地球被一個(gè)火星大小的物體撞擊時(shí)形成，這個(gè)天體也被稱(chēng)為T(mén)heia（忒伊亞）。
到目前為止，科學(xué)家們一直認(rèn)為忒伊亞起源于地球附近的太陽(yáng)系內(nèi)部。然而，明斯特大學(xué)的研究人員現(xiàn)在可以證明，忒伊亞來(lái)自外太陽(yáng)系，它向地球輸送了大量的水。研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的《自然天文學(xué)》上。地球是在“干燥”的太陽(yáng)系內(nèi)部形成，所以地球上有水多少有些令人驚訝。要理解為什么會(huì)這樣，我們必須回到45億年前太陽(yáng)系形成的時(shí)候。
在之前的研究中，我們知道太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)是這樣的：“干燥的”材料與“濕的”材料分開(kāi)，所謂的“碳質(zhì)”隕石，含水量相對(duì)豐富，來(lái)自太陽(yáng)系外部，而干燥的“非碳質(zhì)”隕石來(lái)自太陽(yáng)系內(nèi)部。雖然之前研究表明碳質(zhì)物質(zhì)可能是將水輸送到地球的原因，但我們不知道這種碳質(zhì)物質(zhì)是何時(shí)以及如何到達(dá)地球的，因此水也就來(lái)到了地球。研究人員用鉬同位素來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。鉬同位素使我們能夠清楚地區(qū)分碳質(zhì)和非碳質(zhì)物質(zhì)，因此代表了太陽(yáng)系內(nèi)外物質(zhì)的‘遺傳指紋’。
明斯特大學(xué)研究人員的測(cè)量結(jié)果表明，地球的鉬同位素組成介于碳質(zhì)和非碳質(zhì)隕石之間，說(shuō)明地球上的一些鉬起源于太陽(yáng)系外。在這種情況下，鉬的化學(xué)性質(zhì)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，因?yàn)樗且环N喜鐵元素，地球上大部分鉬都位于地核內(nèi)。這項(xiàng)研究的第二作者克里斯托夫·伯克哈特博士解釋說(shuō)：因此，今天在地幔中可以找到的鉬起源于地球形成的晚期，而早期階段的鉬則完全在地核中。因此，科學(xué)家的研究結(jié)果首次表明，來(lái)自太陽(yáng)系外的碳質(zhì)物質(zhì)到達(dá)地球的時(shí)間較晚。
但是科學(xué)家們更進(jìn)一步，表明，地球地幔中的大部分鉬是由原行星忒伊亞提供，忒伊亞在44億年前與地球的碰撞形成了今天的月球。然而，由于地球地幔中的鉬大部分來(lái)源于外太陽(yáng)系，這意味著忒伊亞本身也起源于外太陽(yáng)系。這次撞擊提供了足夠的碳質(zhì)物質(zhì)來(lái)解釋地球上的全部水量，把地球上水的起源與月球的形成聯(lián)系起來(lái)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，沒(méi)有月球，地球上可能就沒(méi)有生命。
地球是通過(guò)與太陽(yáng)系內(nèi)部月球大小到火星大小的原行星胚胎碰撞而成長(zhǎng)起來(lái)，但它也從更大的日心距離處吸積了物質(zhì)，包括碳質(zhì)球粒隕石樣的物體，它們可能是地球水和高度揮發(fā)性物的來(lái)源。了解這種物質(zhì)是何時(shí)以及如何到地球上的，對(duì)于了解類(lèi)地行星形成的動(dòng)力學(xué)以及地球變得適宜居住的基本過(guò)程至關(guān)重要。然而，早期研究根據(jù)對(duì)地球物質(zhì)性質(zhì)的假設(shè)，推斷出碳質(zhì)球粒狀體的輸送時(shí)間尺度非常不同。
博科園｜研究/來(lái)自：明斯特大學(xué)
參考期刊《Nature Astronomy》
DOI: 10.1038/s41550-019-0779-y
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