【博科园-科学科普】根据星云假说：太阳系被认为是通过吸积过程形成的。从本质上讲这始于一团巨大的尘埃和气体。太阳星云经历了中心的引力坍缩，产生了太阳。剩下的尘埃和气体随后形成了围绕太阳的原行星盘，逐渐形成了行星。
计算机模拟两个(相对较小的)行星相互碰撞的快照。这些颜色显示了撞击体的岩石(位于撞击区域中心的暗灰色)，向目标体(岩石，浅灰色)而撞击区域的一些岩石是熔融(黄色到白色)或汽化(红色)。图片版权：Philip J. Carter
然而关于行星如何进化成不同的组成部分的过程仍然是一个谜。幸运的是来自布里斯托尔大学的一组研究人员进行了一项新的研究，以一种全新的视角来研究这个课题。通过对地球样本和陨石的结合，他们揭示了地球和火星是如何形成和演化的。
这项名为“镁同位素证据表明行星成分的增生”的研究最近发表在《自然》杂志上。在布里斯托尔大学地球科学学院的高级研究员Remco c . Hin的带领下，研究小组比较了来自地球、火星和灶神星的岩石样本，以比较它们内部的镁同位素水平。
早期太阳系的概念图，在一个吸积盘中粒子的碰撞导致了行星的形成和最终的行星。图片版权：NASA/JPL-Caltech
他们的研究试图回答科学界的一个挥之不去的问题——即行星是否形成了今天的样子，或者随着时间的推移，它们是否获得了独特的成分?正如Remco Hin博士在布里斯托尔大学的新闻稿所解释的那样：我们已经提供了证据，表明地球和火星的形成过程中发生了一系列的事件，使用了高精确度的镁同位素组成。”镁同位素比值的变化是由于硅酸盐蒸气损失，优先包含较轻的同位素。这样，我们估计地球上超过40%的质量在其建造过程中消失了。这个牛仔建筑的工作，正如我的一位合作者所描述的，也负责创造地球独特的组成。
为了将其分解，吸积物包括与相邻的团块发生碰撞，形成更大的物体。这一过程非常混乱，由于高速碰撞产生的极热，物质材料经常会丢失。据信这种热量在形成的行星上创造了大量的岩浆，更不用提蒸发岩的临时大气层了。
在行星与火星大小差不多的时候，它们的引力太弱，无法控制住这些大气。随着更多的碰撞发生，这些大气和行星本身的组成将会发生巨大的变化。地球上的行星——水星、金星、地球和火星——是如何获得它们目前的、挥发性的成分的，这是科学家们希望解决的问题。
后期重碰撞期的概念图。版权：NASA
例如一些人认为行星的当前组成是行星形成初期的气体和尘埃的特殊组合的结果——地球上的行星是硅酸盐/金属含量丰富，但却很不稳定，因为其中的元素最接近太阳。另一些人则认为，他们目前的构成是他们暴力生长和与其他身体碰撞的结果。
为了阐明这一点Hin博士和他的同事们分析了地球上的样本，以及火星和小行星灶神星的陨石使用了一种新的分析方法。这种技术能够获得比以往任何方法更精确的镁同位素定量。这一方法还表明，所有不同的物体——像地球、火星和灶神星——都有比陨石陨石更重的同位素。
由此他们得出了三个结论。首先发现，地球、火星和灶神星都有不同的镁同位素配额，这不能从太阳星云的冷凝来解释。其次对重镁同位素的研究表明，在所有的情况下，在经过反复的汽化后，这些行星在形成过程中损失了大约40%的质量。
最后他们确定吸积过程会产生其他化学变化，从而产生地球独特的化学特性。简而言之研究表明地球、火星和灶神星在形成后都经历了大量的物质损失，这意味着它们的特殊成分很可能是随着时间的碰撞而产生的。
欣博士补充说：研究改变了我们对行星如何达到物理和化学特性的看法。虽然以前人们都知道建造行星是一个剧烈的过程，而地球等行星的组成是截然不同的，但还不清楚这些特征是否有关联。在行星增生的高能碰撞过程中，蒸汽损耗对行星的构成有深远的影响。
这种剧烈的形成过程可能是行星的一般特征。这些发现不仅对太阳系的形成有重要意义，而且对于太阳系外的行星也是如此。在探索遥远的恒星系统的时候，行星的独特成分将告诉我们很多关于它们形成的条件，以及它们是如何形成的。
参考：University of Bristol,Nature
作者：Matt Williams
来自：Universe Today
编译：中子星
审校：博科园
