地球和火星是由太阳系内部物质形成

地球和火星是由主要起源于太阳系内部的物质形成。 这两颗行星的组成部分中只有百分之几来自木星轨道之外。 由德国明斯特大学（University of Münster）领导的一组研究人员对地球、火星和来自太阳系内外的原始物质的同位素组成进行了至今为止最全面的比较。 其中一些物质今天仍然在陨石中基本未改变。 这项研究的结果对我们理解形成水星、金星、地球和火星的过程产生深远的影响。 假设四颗岩石行星通过积累来自外太阳系的毫米大小的尘埃卵石而长到现在的大小的理论是站不住脚。

大约四十六亿年前，在我们太阳系的早期，一个尘埃和气体盘绕着年轻的太阳运行。 有两种理论描述了在数百万年的过程中，内部岩石行星是如何由这种原始物质形成。 根据较旧的理论，太阳系内部的尘埃聚集成越来越大的块，逐渐达到与我们的月球大小相近的大小。 这些行星胚胎的碰撞最终产生内行星水星、金星、地球和火星。 然而，一个较新的理论更喜欢不同的生长过程：毫米大小的尘埃、鹅卵石从外太阳系向太阳迁移。 在途中，它们吸积到内太阳系的行星胚胎上，并一步一步将它们放大到现在的大小。

这两种理论都基于重建早期太阳系条件和动力学的理论模型和电脑模拟;两者都描述了行星形成的可能路径。 但那一个是对的？ 实际发生了那个过程？ 为了在他们目前的研究中回答这些问题，来自德国明斯特大学、法国蔚蓝海岸天文台（Observatoire de la Cote d ʻ Azur）、美国加州理工学院、德国柏林自然历史博物馆和德国柏林自由大学确定岩石行星地球和火星的确切组成。

明斯特大学的基斯托夫·伯克（Christoph Burkhardt）博士表示，我们想知道这些物质是否地球和火星起源于外太阳系或内太阳系。 为此，稀有金属钛、锆和钼的同位素在微量元素中发现两颗行星的含有丰富的硅酸盐外层提供了重要线索。 同位素是同一元素的不同变种，它们的区别仅在于原子核的重量。

科学家假设在早期的太阳系中，这些和其它金属同位素的分布并不均匀。 相反，它们的丰富程度取决于与太阳的距离。 因此，它们掌握着有关某个天体起源于早期太阳系何处的宝贵资料。

地球可接近的外岩层和两种陨石的精确同位素组成已经研究了一段时间;然而，还没有对火星岩石进行比较全面的分析。 在他们目前的研究中，研究人员现在检查了总共十七块火星陨石的样本，这些陨石可以归为六种典型的火星岩石。 此外，科学家首次研究三种不同金属同位素的丰富程度。

火星陨石的样品首先磨成粉末并进行复杂的化学预处理。 使用明斯特大学行星学研究所的多收集器等离子体质谱仪，研究人员随后能够检测到微量的钛、锆和钼同位素。 然后，他们进行电脑模拟，计算今天在碳质和非碳质球粒陨石中发现的物质必须与地球和火星结合的比例，以重现它们测量的成分。 过程中，他们考虑两个不同的吸积阶段，以分别解释钛和锆同位素以及钼同位素的不同历史。 与钛和锆不同，钼主要积聚在金属行星核中。

研究人员的结果发现，地球和火星的外岩层与外太阳系的碳质球粒陨石几乎没有共同之处。 它们仅占两颗行星原始构建块的4%左右。 如果早期的地球和火星主要是从外太阳系吸积尘埃颗粒，这个值应该高出近十倍，因此，无法证实这种内行星形成的理论。

但是地球和火星的成分也不完全符合非碳质球粒陨石的材料。 电脑模拟显示，另一种不同类型的物质也一定在起作用。 根据我们的电脑模拟推断，第三类物质的同位素组成意味着它一定起源于太阳系的最内部区域。 由于距离太阳如此近的物体几乎从未散布到小行星带中，因此这种物质几乎完全被内行星吸收，不会出现在陨石中。 可以说，这是我们今天无法直接获取的丢失的原始物质。
这个令人惊讶的发现并没有改变行星形成理论研究的结果。 地球和火星显然包含主要来自太阳系内部配合材料以及与来自太阳系内部大机构的碰撞行星形成事实上的系统。

【图：美国太空总署;文：节译自德国明斯特大学2021年12月22日新闻公布】研究全文刊登在2021年12月22日出版的《科学进展》期刊 标题是：Terrestrial planet formation from lost inner solar system material

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