行星如何形成控制元素对生命所必需的要素


莱斯大学的科学家们说,如果它们的原料物质在进入核心-地幔-地壳-大气层之前迅速生长到月球和火星大小的行星胚胎周围,就可以形成含氮的类地行星。如果金属硅酸盐的分化速度快于胚胎大小的行星体的生长速度,那么固体储层就不能保留大量的氮,从这种原料中生长出来的行星就会变得极度缺氮。CREDIT插图:Amrita P. Vyas/Rice University

据赖稻大学科学家介绍,给定地球上生命的前景不仅取决于它的形式,而且如何如何。

类似地球的行星在太阳系的适居带内运行,具备液态水和丰富大气的条件,更有可能孕育生命。事实证明,这颗行星是如何聚集在一起的,也决定了它是否捕获并保留了某些挥发性元素和化合物,包括氮、碳和水,这些元素和化合物孕育了生命。

在本研究发表的研究中,大米研究生和领导作者Damanveer Growal和Rajdeep Dasgupta教授展示了物质到原始网上成分的时间之间的竞争,并将原始网上的时间分离成其独特的层面 - a金属芯,硅酸盐罩和一个名为行星分化的过程中的壳壳和大气包络 - 对于确定岩石行星保留的挥发性元件至关重要。

使用氮作为挥发物的代理,研究人员显示大部分氮气在分化期间进入原生质上的大气中。随后将该氮气损失到空间,因为原血模粒在其生长的下一阶段期间与其他原生质片或宇宙体碰撞或碰撞。

这一过程耗尽了岩石行星大气和地幔中的氮,但如果金属内核保留得足够多,它仍可能是类地行星形成过程中氮的重要来源。

DiSgupta在水稻中的高压实验室捕获的原子环状分化,以显示氮对金属核心的亲和力。

“通过使耐含氮金属和硅酸盐粉末的混合物进行大气压的近30,000倍并将其加热超出其熔点,”我们通过对高压温度的条件模拟高压温度条件。““嵌入回收样品的硅酸盐玻璃中的小金属斑点是原生偶核和幔的各种类似物。”

使用该实验数据,研究人员建模了热力学关系,以显示氮气在大气,熔融硅酸盐和芯之间的分配方式。

“我们意识到所有这些水库之间的氮气分馏对身体的大小非常敏感,”雷尔昂说。“使用这个想法,我们可以通过时间来计算原始体内不同的水库之间的氮气在不同的地方,最终建立像地球这样的可居住行星。”

他们的理论表明,在完成区分熟悉的金属 - 硅酸盐 - 气体蒸气装置之前,地球的原料材料迅速增长到月球和火星大小的行星胚胎。

总的来说,他们估计这些胚胎形成于太阳系诞生后的1- 200万年内,远早于它们完全分化的时间。如果这些胚胎的分化速度快于其积累速度,那么由它们形成的岩态行星就不能积累足够的氮,很可能也不能积累其他挥发物,而这些挥发物对维持生命的发展条件至关重要。

“我们的计算显示,在经历金属硅酸盐分化之前,通过生长极其迅速的行星胚胎形成地球大小的行星,设定了一个独特的途径来满足地球的氮预算,”CLEVER行星的首席研究员达斯古普塔说。这是一个由美国宇航局资助的合作项目,探索在我们太阳系的岩石行星上或在遥远的岩石系外行星上,生命必需的元素是如何聚集在一起的。

“这项工作表明,氮对核心形成的金属液体具有比先前认为更大的亲和力,”他说。

该研究遵循早先的作用,一个人展示了月球形成体的影响是如何给予地球的大部分挥发性含量,另一个表明行星从太阳系中的局部来源获得了比曾经认为的局部来源更多的氮。

在后一项研究中,GREWAL表示,“我们展示了太阳系的内部和外部区域生长的原始植物通过来自这些地区的两种地区的凸起的原生质网,而是通过凸出的原子片来生长。然而,这是如何建立了地球的氮预算。“

达斯古普塔说:“我们正在做出一个重大的声明,它将超越挥发性元素和氮的起源主题,并将影响对行星的形成和生长感兴趣的科学界的各个阶层。”

赖斯本科实习生泰勒Hough and Research实习生亚历山德拉Farnell,休斯顿圣约翰学校的学生,现在是达特茅斯学院的本科生,是该研究的共同作者。

NASA赠款,包括一位通过精彩计划,以及赖斯的Lodieska Stockbridge Vaughn奖学金支持这项研究。

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