Согласно Небулярной Гипотезе, Солнце и планеты образовались 4,6 миллиарда лет назад из гигантского облака пыли и газа. Это началось с того, что Солнце образовалось в центре, а оставшийся материал сформировал протопланетный диск, из которого образовались планеты. В то время как планеты во внешней Солнечной системе состояли в основном из газов (то есть газовых гигантов), те, что ближе к Солнцу, образовались из силикатных минералов и металлов (то есть планет земной группы).
Несмотря на довольно хорошее представление о том, как все это произошло, вопрос о том, как именно планеты Солнечной системы формировались и развивались в течение миллиардов лет, все еще остается предметом дискуссий. В новом исследовании два исследователя из Университета Гейдельберга рассмотрели роль, которую играет углерод как в формировании Земли, так и в возникновении и эволюции жизни.
Их исследование «Пространственное распределение углеродной пыли в ранней солнечной туманности и углеродное содержание планетезималей» недавно появилось в журнале. Астрономия и Астрофизика, Исследование было проведено Гансом-Питером Гейлом из Института теоретической астрофизики при Гейдельбергском университете и Марио Триелоффом из Института наук о Земле в Гейдельберге и Лаборатории космохимии им. Клауса-Чиры.
Ради их изучения, пара рассмотрела, какую роль элементарный углерод - который необходим для жизни здесь на Земле - играл в формировании планет. По сути, ученые придерживаются мнения, что в первые дни существования Солнечной системы - когда она была еще гигантским облаком пыли и газа - богатые углеродом материалы распространялись во внутреннюю Солнечную систему из внешней Солнечной системы.
Вне «Морозной Лини» - где летучие вещества, такие как вода, аммиак и метан, способны конденсироваться в ледяные тела - образуются замороженные соединения углерода. Очень похоже на то, как вода распределялась по всей Солнечной системе, что эти тела якобы были выбиты с их орбит и отправлены к Солнцу, распределяя летучие материалы по планетезималам, которые в конечном итоге вырастут и станут планетами земной группы.
Однако, когда сравнивают виды метеоров, которые распространяли первичный материал на Землю - иначе. хондритовые метеориты - можно заметить некоторое расхождение. По сути, углерод сравнительно редок на Земле по сравнению с этими древними породами, причина которых остается загадкой. Профессор Триелофф, который был соавтором исследования, объяснил в пресс-релизе Гейдельбергского университета:
«На Земле углерод является относительно редким элементом. Он обогащен вблизи поверхности Земли, но как доля от общего вещества на Земле он составляет лишь половину 1/1000. Однако в примитивных кометах доля углерода может составлять десять и более процентов ».
«Значительная часть углерода в астероидах и кометах содержится в длинноцепочечных и разветвленных молекулах, которые испаряются только при очень высоких температурах», - добавил доктор Грейл, ведущий автор исследования. «Основываясь на стандартных моделях, которые имитируют углеродные реакции в солнечной туманности, где возникли Солнце и планеты, Земля и другие планеты Земли должны иметь до 100 раз больше углерода».
Чтобы решить эту проблему, два исследователя построили модель, в которой предполагалось, что кратковременные события мгновенного нагрева - когда Солнце нагревало протопланетный диск - были ответственны за это несоответствие. Они также предположили, что вся материя во внутренней Солнечной системе была нагрета до температур от 1300 до 1800 ° C (от 2372 до 3272 ° F) до того, как в конечном итоге сформировались маленькие планетезимали и планеты земной группы.
Доктор Грейл и Триелофф полагают, что доказательство этого лежит в круглых зернах в метеоритах, которые образуются из расплавленных капель - известных как хондры. В отличие от хондритовых метеоритов, которые могут содержать до нескольких процентов углерода, хондры в значительной степени истощены этим элементом. Это, как они утверждают, было результатом тех же самых событий мгновенного нагрева, которые произошли до того, как хондры могли срастаться с образованием метеоритов. Как указал доктор Гейл:
«Только скачки температуры, полученные из моделей формирования хондры, могут объяснить сегодняшнее низкое количество углерода на внутренних планетах. Предыдущие модели не учитывали этот процесс, но мы, очевидно, хотим поблагодарить его за правильное количество углерода, которое позволило эволюции биосферы Земли, какой мы ее знаем ».
Короче говоря, несоответствие между количеством углерода, обнаруженного в материале хондритных пород, и количеством, найденным на Земле, можно объяснить интенсивным нагревом в первичной Солнечной системе. Поскольку Земля сформировалась из материала хрондрита, сильная жара вызвала истощение ее природного углерода. В дополнение к тому, чтобы пролить свет на то, что до сих пор остается загадкой в астрономии, это исследование также предлагает новое понимание того, как началась жизнь в Солнечной системе.
По сути, исследователи предполагают, что вспышки нагрева во внутренней Солнечной системе могли быть необходимы для жизни здесь, на Земле. Если бы в первичном материале, который слился с нашей планетой, было слишком много углерода, результатом могла бы стать «передозировка углерода». Это потому, что когда углерод окисляется, он образует углекислый газ, основной парниковый газ, который может привести к эффекту разгона.
Это то, что ученые-планетологи считают, что произошло с Венерой, где присутствие избыточного CO2 - в сочетании с повышенным воздействием солнечного излучения - привело к адской среде, которая существует сегодня. Но на Земле СО2 был удален из атмосферы по силикатно-карбонатному циклу, что позволило Земле достичь сбалансированной и поддерживающей жизнь среды.
«Будет ли в 100 раз больше углерода способствовать эффективному удалению парниковых газов, как минимум, сомнительно», - сказал доктор Триелофф. «Углерод больше не может храниться в карбонатах, где сегодня хранится большая часть CO2 Земли. Такое количество CO2 в атмосфере может вызвать такой серьезный и необратимый парниковый эффект, что океаны испарятся и исчезнут ».
Это хорошо известный факт, что жизнь здесь, на Земле, основана на углероде. Однако знание того, что условия ранней Солнечной системы предотвратили передозировку углерода, которая могла бы превратить Землю во вторую Венеру, безусловно, интересно. Хотя углерод может быть необходим для жизни, как мы его знаем, слишком много может означать его смерть. Это исследование также может пригодиться, когда речь заходит о поиске жизни во внелочных системах.
Исследуя далекие звезды, астрономы могли спросить: «Были ли первичные условия достаточно горячими во внутренней системе, чтобы предотвратить передозировку углерода?» Ответом на этот вопрос может быть разница между поиском Земли 2.0 или другого мира, подобного Венере!
