矽同位素刷新認知地球形成只用數百萬年

THE MERIT TIMES

編譯／潘楠慕 2023-08-13

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歐洲科學家推測地球是由吸積盤的塵埃粒累積而成。圖／法新社、美聯社、網路

最新研究認為地球形成耗費的時間，只有數百萬年。圖／法新社、美聯社、網路

銀河系的微中子分布照。取自／IceCube微中子天文台官網

科學家觀測矽同位素，推論地球形成所需時間。圖／法新社、美聯社、網路

恩克拉多斯南極地下海噴泉，與遠方土星衛星「泰坦」模擬圖。圖／法新社、美聯社、網路

銀河系中也存在高能微中子。圖／法新社、美聯社、網路

土星與3個衛星，最左為恩克拉多斯。圖／法新社、美聯社、網路

科學家推測宇宙中沒有太多能孕育生命的星球。圖／法新社、美聯社、網路

編譯／潘楠慕

目前的研究普遍認為，地球耗費超過1億年的時間才形成，不過，歐洲一份新研究挑戰這個存在已久的認知，認為地球誕生的過程比過去所認為的還要快，可能只用了幾百萬年。

目前普遍的看法是，太陽系花了6億多年、地球花了逾1億年才形成；地球上的河川、海洋中的水，是富含水分的小行星或彗星與地球相撞時，把水帶到地球，從而孕育出地球的生命。這樣的理論，言下之意代表地球生命的形成是一起罕見、僅此一次的偶發事件，也因此衍生一種假設，認為宇宙中出現能孕育生命的星球的機率非常小。

不過，丹麥哥本哈根大學等機構6月在《自然》（Nature）期刊發表的新研究，挑戰這種看法。這份研究指出，地球的形成只耗費幾百萬年時間，而地球上的水，是地球形成過程的「副產品」。

不同種類隕石常見存有矽，因此，哥本哈根大學地球研究所「恆星與行星形成中心」主任畢札羅（Martin Bizzarro）率領的研究團隊，利用矽元素的同位素，來了解諸如地球、火星這類岩石行星的形成時程和組成基本要素。

研究分析了60多個隕石和行星體，建立一套這些行星與小行星、彗星等這類天體之間的「家譜」，結果發現，球粒隕石（chondrite）存有大量的矽同位素μ30Si，相較之下，地球、火星這類內太陽系行星則欠缺這種同位素，這意味著，地球與水含量豐富的小行星或隕石相撞，並未影響地球上水的存在。球粒隕石是母體未經過熔融或行星分化（planetary differentiation）過程、未產生變化的岩石隕石。

研究團隊觀測這種矽同位素後，提出新理論來解釋行星的形成：地球是由太陽周圍的「吸積盤」（accretion disk）中細小塵埃粒集結累積而成。

「吸積盤」是指散布於太陽周邊的塵埃、冰粒等物質，環繞太陽進行軌道運動形成的碟狀結構。當這些塵埃粒等物質堆積到夠大時，其引力就像真空吸塵器般，快速吸引所有的塵埃、氣體和冰粒，參與研究的博士生翁葉特（Isaac Onyett）說，「這使其要形成如地球般的大小，只要幾百萬年時間」。由於地球吸走這些冰粒、塵埃、氣體等物質，現今地球上的水，是地球形成的產物，而非來自一次性的偶發撞擊事件。

畢札羅說，「這項理論推測，不論在什麼時候，一旦形成類似地球的行星，星球上就會有水，若在另外一個行星系統，當中有顆行星環繞像太陽系這個太陽大小般的恆星公轉，那顆行星若處於適當的距離，星球上就應該有水存在」。這項研究也可能讓科學家更有機會在宇宙中找到其他宜居行星。

幽靈粒子清晰揭露銀河系地圖

一份新研究探測到從人類所處的銀河系內部發出的高能微中子（Neutrino），並且首度以微中子呈現出銀河系令人驚嘆的新「面貌」。

微中子因很少與原子碰撞，也幾乎不與物質相互作用，穿過一般物質時不會受到太多阻礙，非常難以探測，因而有「幽靈粒子」之稱。

目前所見的銀河系地圖模糊且不完整，但是隨著收集的資料持續增加，這張地圖日益清晰，並有助揭露恆星爆炸後持續擴張的殘留物等星系變動，為傳統望遠鏡觀測難以解開的謎團提供線索。

提出利用微中子以新視角看銀河系構想的美國卓克索大學物理學教授尼爾森（Naoko Kurahashi Neilson）表示，「這是首次以光以外形式所見的銀河系」。

向來所知的高能微中子來自銀河系以外星系，但是研究人員長期以來一直懷疑，人類所處的銀河系也是高能微中子的來源之一。宇宙射線衝擊塵埃和氣體粒子會產生伽瑪（gamma）射線和高能微中子，過去的研究已探測到從這個銀河系發出的伽瑪射線，科學家據此推測銀河系也有微中子存在。

尼爾森和350多名科學家合作，鎖定銀河系赤道區一處緻密區，分析南極「冰立方微中子天文台」（IceCube Neutrino Observatory）10年來的觀測資料、解析6萬個微中子，並利用人工智慧（AI）科技，確認源於銀河系的微中子。這份研究報告已發表於《科學》（Science）期刊。

這張以微中子呈現的銀河系地圖，有助科學家以新方式探索銀河系的起源。研究報告共同作者、德國多特蒙德工業大學天文粒子物理學家胡內菲爾（Mirco Huennefeld）說，這是微中子天文學的全新里程碑，「開啟了一扇全新的窗」。

6大元素齊全土衛二具備宜居潛力

土星衛星「恩克拉多斯」（Enceladus）冰冷外殼下藏著的一片鹹海，當中含有形成生命所需6大關鍵元素中的5種，就差關鍵的磷，現在新研究找到這塊「拼圖」，意味著這顆小小的衛星具有適合居住的潛力。

直徑約482公里的「土衛二」恩克拉多斯地下海的水從冰殼裂縫噴出，形成富含鹽分的冰粒噴泉，噴向太空數百公里高，讓美歐合作的土星探測器「卡西尼─惠更斯號」飛過這顆衛星上方時，不需進入冰殼底下，就能研究其地下海的化學成分。

過去的探測任務顯示，恩克拉多斯存有具備碳、氫、氮、氧和硫，就差磷。現在這份6月在《自然》（Nature）期刊發表的新研究指出，從其地下海冰粒噴泉中，已探測到這個形成生命6大元素的最後一個種子。

研究團隊檢視「卡西尼─惠更斯號」收集的約1000份樣本，發現9股噴泉樣本含有磷酸鹽，據此進行的後續研究，模擬恩克拉多斯地下海的條件，顯示其中的磷濃度是地球海洋中的至少100倍，可能足以孕育生命或支持生命存在。

這項研究凸顯，在外太陽系中，類似恩克拉多斯這樣的海洋世界，如土星另一顆衛星「泰坦」（Titan）或者海王星的衛星「特里頓」（Triton），都可能是尋找外星生命的最佳場所。

德州「西南研究所」地球化學家格萊恩（Christopher Glein）說，利用模型預測磷的存在是一回事，但「真正發現磷存在的證據，更令人振奮，這是天文生物學一大驚人成果，在尋找地球以外生命邁出重要一步」。

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