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既不同 , 这为何会改写地球起源模型?又如何改写?
根据一项分析 。 认为地球的形成不同于从前的模型 , 与CI球粒陨石的形成相似 , 新的模型认为地球的形成只用了500万年 , 比目前的模型显示的要短几倍 。
地球形成的时间比太阳诞生的时间要晚一些 。 然而 , 人们以前可能一直严重高估了这段时间的长度 。
地球是由物质相互吸引而结合形成的 。 根据2020年2月人们进行的一次演算分析 , 大部分这些物质只花了500万年就结合起来了——比此前估测的时间要短好几倍 。
图解:想象中的原行星 , 即诞生之初的行星 。 图源:原文 。
人们据此修正了地球起源的模型 。 它同时也极大地促进了人们对行星形成过程的理解 , 因为它表明行星的起源机制比我们想象的更具多样性——即使是同一类行星 , 比如同是类地行星的地球和火星[1
, 其形成机制也可能大不相同 。
你知道 , 我们并不能真的百分百地确定行星是如何形成的 。 尽管天文学家们能相当好地描述出行星形成的大致过程 , 但是他们无法确定其中的一些细节 , 因为缺乏相关的观测结果 , 而这些东西本身就很难被观测到 。
图解:火星图像 。 图源:sciencealert 。
行星的起源与恒星形成的过程密切相关 。 恒星是由一团星云在自身引力的作用下坍缩而形成的 。 当由气体和尘埃组成的星云的一部分坍缩的时候 , 它会开始旋转 , 并带动整个星云一起旋转 , 就像在排水孔周围的水流一样 。
然后 , 星云中所有的物质会形成一个扁平的圆盘 , 这个圆盘的大部分物质会被所形成的恒星吸收 , 剩下的物质则形成所谓的“原行星盘” , 并在此后形成行星 。 这也是太阳系行星的轨道面都大致与黄道面重合的原因 。
人们通常认为 , 行星的形成始于原行星盘中的一些细小的岩石或者灰尘由静电作用导致的互相吸附 。 随着吸附在一起的东西越来越多 , 整体的引力场也越来越强 , 于是就会吸引更多的物质 , 成为越来越大的一个团块 。 然后 , 许多这样的团块互相吸引并撞在一起 , 最终形成一个大块 , 这便赫然是一个完整的行星了 。
图解:月球图像 。 图源:sciencealert 。
地球的形成也不例外 。 曾经人们认为地球的这个过程需要数千万年的时间 , 但是根据来自丹麦哥本哈根大学的科学家们的一项对地幔中铁元素的各同位素的分析 , 可能实际情况并非如此 。
地球的化学组分似乎与其他太阳系内天体不太一样 。 地球、月球[2
、火星甚至陨石 , 都蕴含着丰富的铁元素 , 自然也包括铁的各种同位素 , 如铁-56与较轻的铁-54 。 但是 , 月球、火星和大多数陨石含铁的丰度值是大致相同的 , 只有地球含铁-54的丰度值出奇地低[3
。
只有所谓的“CI型碳质球粒陨石”和地球的化学组分大致一样 。 有趣的是 , 这种陨石的化学成分和整个太阳系的化学成分是差不多的 。
图解:铁元素的两种同位素 。 图源:healthsciences 。
想象一下 , 如果你已经搞到了制作波隆那肉酱的所有材料 , 并且把它们在一个大锅子里混合起来 , 那么这就像后来演化为太阳系的那个原行星盘一样 。 但是如果你把这些材料分装在一堆更小的锅里面 , 且使每个小锅里各类材料的比例不同 , 那么这些小锅就像独立的行星或者矮行星了 。
CI型球粒陨石的特别之处在于 , 对应它们的锅子超级小 , 并且里面材料的组分比例和最开始大锅中的组分比例是相等的 。 所以说 , 如果你手上有一块这种陨石 , 那么你就拥有了46亿年前太阳系诞生之初那个原行星盘的缩影[4
。
图解:小瓶里装的是CI型碳质球粒陨石的样品 , 样品是易碎的 。 图源:healthsciences 。
然而 , 按照之前的行星形成模型来计算的话 , 因为地球是由那些团块结合而形成的 , 地幔中铁元素的丰度应当是那些团块的铁元素丰度的均值 , 这大约等于当今各类陨石的铁元素丰度的均值 , 而后者显然具有比前者大得多的铁-54丰度值 。
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