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新研究:地球似乎有另一个起源!很古怪

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为什么地球和火星同处太阳系内侧,相隔不过数千万公里,如今的面貌却天差地别?

一个拥有液态水与活跃地质,另一个却干冷荒凉、地质活动早早停滞。



这其中的演化原因很复杂。

但最近一项新的研究发现:两颗行星如今的差异,似乎是因为地球和火星的起源不同。

这项研究于2026年9月25日发表在《自然天文学》期刊上。



关于岩质行星如何诞生,天文学界已经争论了几十年。

经典的星子碰撞说认为,早期太阳系的尘埃先聚集成无数千米级的原始岩块——星子,它们靠引力互相吸引、碰撞合并,像搭积木一样逐渐堆出行星。

但这个过程相对缓慢,形成地球大小的行星通常需要数千万到上亿年。



而近十几年兴起的卵石吸积说则提出,行星是靠吞噬毫米到厘米级的尘埃卵石快速长大的:这些细小颗粒在星云气体中受阻力减速,源源不断落到原行星表面,能让行星在几百万年内就增长到地球级体量。

两种理论各有观测证据支撑,始终难分高下。

在这次的研究中,来自哥本哈根大学环球研究所恒星与行星形成中心的研究团队,他们跳出了传统的动力学模拟思路,转而从行星本身的化学成分里寻找答案。

他们发现,岩石中一类不耐热的元素,它们就像行星出生时留下的化学指纹,能精准还原行星的成长历程。

这类元素比如钠、钾、锌,熔点和沸点较低,遇到高温就容易蒸发逃逸。

行星形成时经历的加热过程越强、时机越早,这些元素的损耗就越严重,因此不同的形成路径,会在元素丰度上留下截然不同的损耗量,就像指纹能对应不同的人一样。



团队以地球和火星的地幔元素丰度为基准,结合卵石吸积的气体加热模型、早期星子的挥发损耗模型,用贝叶斯统计方法比对了十几种元素的观测数据,最终计算出了最符合现实的行星元素丰度配比。

这里的关键机制在于卵石吸积的热过滤效应:正在长大的原行星外围包裹着一层厚厚的氢氦气体包层,坠落的卵石深入包层底部时,会遇上千度的高温。

不耐热的中等挥发性元素会直接升华成气体,被包层内的对流气流带到外围,再被原行星盘的环流带走,最终散落在太空中。

而镁、硅这些耐高温的元素,即使升华也会在行星表面附近形成浓密的硅酸盐蒸汽云,构成一道天然的辐射屏障,从而阻止它们向外扩散,最终呢,它们还是会凝结回到行星表面。

计算结果显示,硅酸盐地球(扣除金属地核之后,所有硅酸盐岩石部分的总和,也就是地幔+地壳的总和)的形成是典型的混合成长模式:总质量的至少75%,是来自两颗通过卵石吸积长大的原行星——一颗是原始地球,另一颗就是后来撞上地球、催生了月球的撞击天体。



研究还特意验证了巨型撞击的影响:对于月球质量以上的天体,撞击产生的蒸汽很难挣脱深厚的引力势阱,因此形成月球的那次大撞击,并没有给地球带来显著的亲石挥发元素损耗。

剩下最多约25%的质量,则来自一类早已脱气的星子。

这类星子形成时间极早,内部短寿命放射性元素(如铝-26、铁-60)衰变释放的热量,或是早期的高速碰撞,让它们整体熔融,挥发性元素早就大量逃逸,成分和小行星灶神星非常接近。

它们在后续的漫长时间里陆续撞上地球,补充了一部分物质,也微调了地球的元素比例。

而火星的成长配方几乎和地球反过来:硅酸盐火星的质量里约73%都来自这类干燥的星子,只有27%左右来自卵石吸积。

研究团队推测,这可能是因为火星轨道附近的卵石补给本就不足,又受到早期太阳系里更大原行星的引力扰动,无法持续获得卵石供应,只能靠星子之间的碰撞慢慢长大。



这也解释了为什么火星个头比地球小得多,因为它缺少卵石吸积这个快速成长阶段。

这项研究最关键的价值,是打破了非此即彼的争论:岩质行星的形成既不是纯粹的星子碰撞,也不是纯粹的卵石吸积,而是两者结合的混合模式。

只是每颗行星会根据自身的位置和周边环境,形成两种过程不同的贡献比例。



这个结论还能推广到太阳系之外。

现在天文学家已经发现,不仅太阳系的岩质行星存在挥发元素损耗,很多系外岩质行星也有同样的特征——甚至通过被行星物质污染的白矮星大气,我们也能间接看到系外岩石天体的元素组成。

有了挥发元素损耗配比这个方法,未来我们就能通过观测遥远行星的元素丰度,反推它们的形成历史,甚至估算出它们能保留多少水、碳这些生命必需的物质。



这对寻找宜居行星至关重要。

一颗行星最终能拥有多少水和大气,很大程度上在它诞生的几百万年里就已经定下了基调。

读懂了岩石元素里的成长密码,我们就能在浩瀚星海里,更精准地找到下一个可能孕育生命的世界。

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