行星碰撞如何夺走了产生生命的必需元素？

地球和火星的铜和锌等元素含量低得惊人，而这些元素对于行星化学和潜在的生命至关重要。一项新研究推翻了旧理论，表明这些元素在行星早期构成要素中曾十分丰富。真正的损失很可能发生在后来的史诗级太空碰撞中，而非此前认为的早期形成时期。这一发现彻底改变了我们对像地球这样的宜居行星如何形成的理解。

早期太阳系行星形成过程中的行星碰撞。图片来源：Kouji Kanba

几十年来，科学家们一直试图解开一个根本谜团：地球的关键元素从何而来？为什么其中一些元素会消失？一项新的研究提供了一个意想不到的答案，重塑了我们对地球形成过程的理解。

这项研究由亚利桑那州立大学助理教授达曼维尔·格雷瓦尔 (Damanveer Grewal) 领导，并与加州理工学院、莱斯大学和麻省理工学院的研究人员合作，挑战了长期以来关于地球和火星为何缺乏中等挥发性元素 (MVE) 的认知。这些元素，例如铜和锌，对行星化学至关重要，并且经常与水、碳和氮等维持生命的成分同时存在。追溯它们的起源对于理解地球如何变得宜居至关重要。

激光驱动磁化无碰撞冲击实验。图片来源：Hui-bo Tang 等人

这项研究发表在《科学进展》杂志上，采用了一种新颖的研究方法，研究的是铁陨石。铁陨石是古代行星构造块（或称行星）的富含金属的残留物，形成于早期太阳系内。

“我们发现了确凿的证据，证明太阳系内层的第一代行星出乎意料地富含这些元素，”格雷瓦尔说。“这一发现重塑了我们对行星如何获取其成分的理解。”

此前，科学家们认为，MVEs的消失要么是因为它们在早期太阳系中从未完全凝聚，要么是因为它们在行星分化过程中逃逸。然而，这项研究揭示了一个不同的故事：许多早期行星都保留了它们的MVEs，这表明地球和火星的构成要素在后来的剧烈宇宙碰撞时期失去了它们，而正是碰撞塑造了它们的形成。

实验中的离子速度谱和一维PIC模拟。图片来源：Hui-bo Tang等人。

令人惊讶的是，研究小组发现许多太阳系内行星保留了类似球粒陨石的MVE丰度，这表明它们在经历分化的过程中吸积并保存了MVE。这表明，地球和火星的前身并非一开始就缺乏这些元素，而是在长期的碰撞生长过程中逐渐流失，而非太阳星云中的不完全凝聚或行星分化。

“我们的研究重新定义了我们对行星化学演化的理解，”格雷瓦尔解释道。“它表明，地球和火星的构成要素最初富含这些生命必需元素，但行星生长过程中的剧烈碰撞导致了它们的消耗。”

编译自/scitechdaily