地球是如何在太陽系的巖石行星中孤零零的，成為生命的家園的呢？在所有這些寒冷的死氣沉沉中，我們的星球是如何變得溫暖、好客和維持生命的呢？

這些問題的答案是復雜和多方面的，其中部分答案來自宇宙化學，這是一個研究化學元素如何分布的跨學科領域。

太陽系是一個繁忙的地方，一切都在運動。45 億年前甚至更加混亂，行星仍在形成，行星和行星胚胎嗖嗖作響，相互碰撞。

不知何故，在所有這些混亂中，地球接收到的碳質球粒隕石以及隨之而來的氨基酸和其他促進生命的化學物質。

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宇宙化學研究表明，地球質量的 5% 到 10% 來自撞擊這顆年輕行星的碳質球粒隕石。研究還表明，其中很大一部分來自 Theia 撞擊器，它創造了月亮.

為了更嚴格地測試這些想法，三名研究人員使用了太陽系形成的動力學模擬，看看他們是否可以復制它。

該研究的標題為”地球上最后一個巨型撞擊器忒伊亞的動力學起源。“主要作者是葡萄牙里斯本天文臺天體物理學和空間科學研究所的 Duarte Branco。該研究將發表在期刊上伊卡洛斯.

宇宙化學中的關鍵區別之一是碳質球粒隕石 （CC） 和非碳質隕石 （NC） 之間的區別。它將太陽系的流星群分為兩組，并表明太陽系包含兩個不同的物質庫。

CC 形成于離太陽更遠的地方，可能在更遠的地方木星，并攜帶更多的揮發物，如水和有機化合物。NC 包括鐵隕石之類的東西，并且含有較少的揮發物。

為了驗證 Theia 將 CC 和揮發物運送到地球的想法，研究人員對太陽系進行了詳細的模擬。這些是對類地行星生長后期的 N 體模擬。

模擬始于太陽系氣盤分散后行星生長的后期階段。將有效固體質量分為小行星和行星胚胎。

模擬包括作為 Jupiter 向內分散的 CC 和土星仍在生長和積累物質。由于行星胚胎和行星胚胎之間的大小差異，胚胎與類地行星相互作用并傳遞 CC 物質的可能性更高。

研究人員運行了三種類型的模擬。他們第一次調用僅限小號并且僅包括小型 CC 天體或行星體。他們調用僅限大號并且僅包括大型 CC 天體、行星胚胎。第三個包括 CC 行星體和胚胎，稱為混合場景.

對于來自每個情景的 10 個模擬子集，它們包括了巨行星動力學不穩定性的影響。這稱為”不錯的型號“，描述了巨行星如何從它們最初形成的地方移動它們的軌道。

目標是確定 CC 和 NC 在太陽系中的分布方式，并了解地球如何最終比其他巖石行星擁有更多的 CC，尤其是火星.研究人員還想了解 Theia 撞擊是否可能導致地球輸送大量 CC 物質。

一個明確的結果是，巨行星不穩定的作用，特別是木星轉移到不同的軌道，對地球吸積 CC 物質產生了顯著影響。

當研究人員添加巨行星動力學不穩定性時，事情看起來更加有趣。作者寫道：“巨行星的不穩定極大地改變了系統的演化，導致了強烈的偏心率興奮脈沖，導致了一波碰撞和拋射。然而，系統的最終狀態并沒有太大變化。

模擬的一個關鍵部分涉及 Theia 撞擊器。先前的研究表明，Theia 可能是一個碳質物體。如果這是真的，那么地球賦予生命的大部分宜居性可能是由那次碰撞造成的。

“在沒有巨行星不穩定性的混合場景中，地球的最終撞擊器在超過一半的模擬中包括 CC 組件。在 38.5% 的模擬中，最終的撞擊器是純 CC 胚胎，而在另外 13.5% 的模擬中，撞擊器是之前吸積過 CC 胚胎的 NC 胚胎，“研究人員寫道。

總體而言，模擬描繪了一幅早期太陽系的圖景，其中有兩個不同的行星環。一個由巖石行星體和一個碳質球粒隕石外環組成的內環。

后來，隨著冰巨星向內遷移，它們將 CC 物質推入了太陽系內部。其中一些被困在小行星帶，而質量更大的行星優先分散在巖石行星的軌道上。

作者解釋說：“類地行星的后期吸積涉及 NC 胚胎和小行星之間的一系列巨大撞擊，偶爾還會受到 CC 天體的影響。

這個場景解釋了關于太陽系的幾件事。它解釋了類地行星的質量和軌道，以及小行星的軌道分布。它還與地球和火星的 CC 質量分數相匹配，其中火星缺乏與地球相同濃度的 CC 物質。

如果僅限小號模擬是正確的，其中 CC 材料僅以小行星的形式存在，火星和地球的 CC 質量分數將大致相同。

研究人員著手證明，與其他研究一致，Theia 可能是地球最后一個大型撞擊器，并且它包含充足的 CC 物質。他們似乎已經成功了。

在模擬中，地球的最后一次巨大撞擊是與 Theia 一起發生的，該物體具有更高濃度的 CC 物質，這有助于使地球宜居。這一結果與科學思維是一致的。

該研究表明，最后一次撞擊是在氣體擴散后的 5 到 1.5 億年之后。其中很大一部分是在 20 到 7000 萬年之間。Theia 撞擊的時間存在不確定性，這些結果在這些范圍內起作用。

模擬還支持其他結論，表明 CC 胚胎和行星體可能在地球的整個生長過程中被吸積，但集中在生長的后期階段。

作者寫道：“在這種情景的背景下，地球上最后一個巨型撞擊器在所有混合模擬中大約有一半包含 CC 分量。

“在大多數（38% 的模擬）中，Theia 是原始的 CC 胚胎，而在其余情況下，Theia 是之前吸積過 CC 胚胎的 NC 胚胎。”

研究還表明，木星在太陽系的結構中發揮了重要作用。它不僅截斷了小行星帶，而且通過將來自太陽系外層的 CC 物質散射到巖石行星（尤其是地球）的路徑中，在確定類地行星的最終組成方面發揮了重要作用。

必須有一百萬個事物恰到好處，地球才能成為今天這個維持生命的世界。外面有其他世界的可能性有多大，就像它是未知的。對于系外行星來說，支持生命可能需要的不僅僅是位于宜居帶。

可能有大量令人眼花繚亂的變量必須正確進行，包括外層巨行星遷移并將碳輸送到宜居帶的巖石世界。

本文最初由今日宇宙.閱讀原創文章.

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