碳的地球的星际旅途


向量宇宙插图。美丽多彩的空间背景。水彩宇宙

我们是由Stardust,俗话所作的,以及包括密歇根大学研究的一项研究发现,这可能比我们以前的想法更真实。

由U-M研究人员杰(Jackie)李而领导的第一项研究,并在科学进步中发表,发现地球上的大多数碳很可能从星际介质中传递,这些材料在星系中的星星之间存在的空间。这种情况可能发生得很好,在原始盘之后,灰尘和气体的云笼罩着我们的年轻阳光,包含行星的积木,形成并加热。

碳也可能在阳光下的一百万年内被隔离成固体 - 这意味着碳,地球上的生命的骨干,幸存了一个星际的行星之旅。

以前,研究人员认为地球上的碳来自于最初存在于星云气体中的分子,当气体冷却到足以使分子沉淀时,这些分子就会聚集成一颗岩态行星。李和她的团队,其中包括密歇根大学天文学家埃德温的祈祷,加州理工学院的杰弗里·布莱克,弗雷德Ciesla芝加哥大学的对赫斯曼明尼苏达大学的公司和马克,在这项研究中指出,携带碳的气体分子不会用于构建地球碳蒸发,因为一次不压缩回固体。

“冷凝模型已经广泛使用了几十年。它假设在阳光下形成,所有地球的元素都蒸发,并且随着磁盘冷却,这些气体中的一些浓缩并向固体提供化学成分。但是doesn't work for carbon," said Li, a professor in the U-M Department of Earth and Environmental Sciences.

大部分碳以有机分子的形式被输送到圆盘上。然而,当碳被蒸发时,它会产生挥发性更强的物质,需要非常低的温度才能形成固体。更重要的是,碳不会再次凝结成有机形式。因此,李和她的团队推断,地球上的大部分碳很可能直接继承自星际介质,避免了完全的蒸发。

为了更好地理解地球是如何获取碳的,Li估计了地球能包含的最大碳量。为此,她比较了地震波通过地核的速度和已知地核的声速。这告诉研究人员,碳可能只占地球质量的不到0.5%。了解地球碳含量的上限可以让研究人员了解碳可能在什么时候到达这里。

“我们问了一个不同的问题:我们问的是,你可以在地核中填入多少碳,同时仍然符合所有的限制条件,”伯金说,他是密歇根大学天文系的教授和主席。“这里有不确定性。让我们拥抱不确定性,问问地球深处碳含量的真正上限是什么,这将告诉我们我们所处的真实环境。”

星球的碳必须以正确的比例存在,以支持我们所知道的生活。碳太多,地球的气氛就像金星一样,从阳光下捕获热量并保持约880华氏度的温度。碳太少,地球也会类似于火星:一个无法支持水性寿命的犹太客人,温度约为60。

在另一项由明尼苏达大学赫希曼领导的研究中,研究人员观察了当行星的小前体——星子——在其形成早期保留碳时,碳是如何被处理的。通过检查这些星体的金属核(现在保存为铁陨石),他们发现在行星起源的关键步骤中,大部分的碳在星子熔化、形成核和失去气体的过程中丢失了。赫希曼说,这颠覆了之前的想法。

地球和环境科学教授赫希曼说:“大多数模型都含有碳和其他生命必需物质,如水和氮,它们从星云进入原始岩石体,然后被输送到不断生长的行星,如地球或火星。”“但这跳过了一个关键步骤,即星子在吸积到行星上之前会失去大部分的碳。”

赫希曼的研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。

“这个星球需要碳来调节其气候并允许生活存在,但这是一个非常精致的东西,”贝尔格说。“你不想太少,但你不想过多。”

Bergin说,这两项研究都描述了碳损失的两个不同方面,并指出碳损失似乎是构建地球作为一个宜居星球的一个核心方面。

“回答其他地方存在的地球样行星是否只能通过在天文学和地球化学等学科的交叉路口中工作,”地球物理学教授的教授CIESLA说。“虽然研究人员努力回答的方法和具体问题,但建立一致的故事需要确定共同兴趣的主题,并找到弥合在他们之间的知识间隙的方法。这样做挑战,但努力既有刺激奖励。“

Blake是一名学习和Casomochemisty和行星科学教授的共同作者和化学,说这类跨学科工作至关重要。

他说:“在我们的银河系历史上,像地球这样的岩石行星或更大的岩石行星已经像太阳一样围绕着数亿次聚集了数亿次昼夜的赛季。”“我们可以更广泛地扩展这项工作来检查行星系统中的碳损失吗?这些研究将采取各种各样的学者社区。”

该协同研究的资金来源包括国家科学基金会,美国宇航局的开发区研究计划,NASA的新兴世界计划和美国宇航局天国航空直观学计划。

更多信息,包括一份研究报告,可以在《科学进展》的在线新闻包中找到。

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