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只有浩瀚無煙的知識，沒有不愛科研的學姐。最近，學姐在《行星科學》PLANETARY SCIENCE上發現了一個有趣的最新研究，科學家們說，新的研究表明，讓地球上出現生命起源的許多物質，是在數十億年前，我們的星球與火星大小的物體發生災難性碰撞之後才出現的——而且很可能是產生月球的那次碰撞。
為了使生命在一個死去的星球上出現，需要各種化合物或揮發性元素，包括碳、氮和硫。傳統觀點認為，地球的揮發性元素是通過古代隕石的持續轟擊而到達的。今天發表在《科學進步》雜誌上的新研究提出了一種替代的傳遞機制：大約在44億年前，地球和火星大小的物體發生災難性碰撞，有時被稱為“泰西亞（theia）”。
根據最新的論文，這種假設的碰撞，在我們的星球還在形成的時候就會發生，在我們的嬰兒星球上播下了生命所需要的揮發性元素。 此外，這項新研究的主要作者，來自萊斯大學的Damanveer S. Grewal和Rajdeep Dasgupta說，形成月球的是同一個行星對行星的碰撞。
對於許多天文學家、地質學家和天體生物學家來說，地球的揮發物到達原始隕石背面的想法從來都不是完全令人滿意的。我們的行星，以及太陽系內部的其他岩石行星，自然沒有揮發作用。地球揮發物的同位素特徵正好與碳質球粒隕石中的相似，通常被認為是向地球傳播揮發物的隕石。
問題是，在地球的硅酸鹽、曼特爾、地殼、海洋和大氣中，揮發性元素的比例，如碳與氮、水與碳的比例，與在球粒隕石中觀察到的情況不一致，導致所謂的“同位素危機”和對隕石播種理論的懷疑。這項新的研究很有趣，因為它提供了一個解決這個問題的方法——但是作者們沒有引用過多的小隕石撞擊，而是提出了地球和一個古老行星之間的一次單一的、巨大的碰撞。
這種說法的依據來自於一項實驗，在實驗中研究人員試圖模仿實驗室中這種撞擊的情況。這個研究包括高壓和溫度實驗，以及從這些實驗中獲得的信息所提供的計算機模擬。
通過這一建模工作，研究人員試圖確定撞擊行星的大小和化學成分，以瞭解它的硅酸鹽儲集層是如何與地球混合的，從而傳遞出各種生命必需的元素。 2016年，達斯古普塔與人合著了一篇類似的論文，展示瞭如何用與另一個行星的巨大碰撞來解釋我們星球硅酸鹽中的碳和硫的含量或分餾。新的實驗是不同的，它調查了三個生命必需的揮發性元素——碳、氮和硫——在涉及兩個年輕的岩石行星的災難性撞擊之後的命運，除了提供假設撞擊器的大小。
達斯古普塔告訴吉茲莫多說：“不幸的是，僅靠碳和硫無法解決地球上揮發物的來源問題。”他解釋說，如果沒有氮，地球的碳和硫也可能來自原始的隕石，因為硅酸鹽地球的碳與硫的比例與球粒隕石相似。他說：“我們目前的研究表明，當我們把碳、氮和硫放在一起考慮時，最有可能的解決辦法是通過巨大的撞擊或將原地球與火星大小的行星合併。”
為了模擬這種所謂的行星撞擊的條件，達斯古普塔和他的同事們，在地球的發育階段對被認為存在於地球內部的物質進行了加熱和加壓。這是為了複製，至少在微觀上，地球深度在40至120公里（25至75英里）之間的條件。
這些材料，包括硅酸鹽和鐵鎳合金，然後與硫，碳和氮混合，代表的化學貢獻的胚胎火星大小的星球。研究人員仔細觀察了這些材料的行為，同時調整了一些變量。結果表明，碳與富含氮和硫的合金混合的金屬鐵結合的可能性較小。同時，氮不受硫的影響。
他們發現，當系統中有大量的硫時，碳元素的表現與氮不同，不像模擬的行星核心那樣容易進入金屬，James Day是斯克裡普斯海洋學研究所的教授，沒有參與這項新研究，他告訴吉茲莫多說：“這些元素的比例可以與現代地球的這些元素的比例相匹配。”
研究人員還發現，月球上的火山玻璃和地球的大量硅酸鹽（圍繞著地核的物質）具有相似的同位素特徵，指向一個共同的起源。研究人員認為，最可能的解釋是，火星大小的行星受到了巨大的撞擊，碰撞不僅產生了我們星球上大部分的碳、氮和硫，而且還產生了月球。
Day將這項新研究描述為“thorough”，稱作者是“瞭解行星過程的實驗專家”，在他看來，“這才是這篇論文真正的主題。”事實上，這項研究幾乎完全基於實驗證據和建模，需要作者做出幾個假設。 例如，Day解釋說，形成地球的材料可能與研究中使用的材料並不完全相同。
根據新的論文，至少在與月球形成的撞擊物碰撞之前，原生硅酸鹽外殼在碳、硫和氮方面都很貧乏。然而在現實中，“在月球形成之前，這些元素在地幔中的豐富程度是未知的，”他說。
此外，研究人員提出的設想“似乎假定行星胚胎富含硫的金屬核心落入地球核心，而不會與硅酸鹽外殼發生相互作用，”他說。
此外，“許多模擬表明，情況不一定如此，因此，這可能過於簡化。”至於將月球火山玻璃中的氮和氫與地球的組成進行比較，然後得出一個共同的起源，白天同樣是不確定的。
戴德告訴吉茲莫多：“月球上的火山碎屑鏡本身就是複雜的火山岩，這些樣品中氫和氮含量的成因仍有爭議。”此外，在將形成月球的影響與氮、碳和硫的富集聯繫起來時，一些研究認為地球-月球形成撞擊物可能比火星大小的物體小或大，而不違反地球化學限制。
最終，戴德說，這份新論文對於瞭解相對較小的行星胚胎大小中的碳、硫和氮的行為很有用，對於瞭解這些揮發物在火星內部的行為也很重要。
學姐始終相信任何偉大科學的進步都是經過這樣不斷的探究、討論甚至是試錯再探究，反覆發實驗過程而證實的。而諸如上文中提到的這樣的科學發現，總是不禁讓我們去思考：生命究竟從何而來；世界萬物的運行又遵循著怎樣的軌道；在地球上不為人知的地方，究竟還有哪些不為人知的奧秘等著我們這一代人去發現...
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