行星如何形成决定了 它们是否保留生命所必需的元素 为什么这么说？

　　科学家将地球的氮归因于月球到火星大小的物体的快速增长。

　　赖斯大学的科学家认为，特定星球上生命的前景不仅取决于它在哪里形成，还取决于它是如何形成的。

　　像地球这样的行星，在支持液态水和丰富大气的条件下，在太阳系的Goldilocks区域内运行，更有可能藏有生命。事实证明，那颗行星如何聚集在一起还决定了它是否捕获并保留了会导致生命的某些挥发性元素和化合物，包括氮，碳和水。

　　发表的一项研究中，莱斯大学的研究生，主要作者达曼维尔·格鲁瓦尔（Damanveer Grewal）和拉吉普·达斯古普塔（Rajdeep Dasgupta）教授展示了，物质积聚到原行星所需的时间与原行星分离成不同层——金属层所需的时间之间的竞争。岩心，硅酸盐幔壳和大气包裹层（称为行星分化过程）对于确定岩石行星保留哪些挥发性元素至关重要。

　　研究人员使用氮气作为挥发物的代用品，发现分化过程中大部分氮气逃逸到了原行星的大气中。当原行星在其下一生长阶段冷却或与其他原行星或宇宙物体碰撞时，该氮随后会损失到太空中。

　　这个过程耗尽了岩石行星大气层和地幔中的氮，但是如果金属核保留足够的氮，它仍然可能是类地行星形成过程中的重要氮源。

　　达斯古普塔（Dasgupta）在赖斯（Rice）的高压实验室捕捉到了原行星分化的作用，以显示氮对金属核的亲和力。

　　Grewal说：“我们通过使含氮金属和硅酸盐粉末的混合物经受大气压的近30,000倍并将其加热到超过熔点的温度，来模拟高压温度条件。” “在回收的样品的硅酸盐玻璃中嵌入的小金属团块分别是原行星芯和地幔的类似物。”

　　研究人员利用这些实验数据对热力学关系进行建模，以显示氮如何在大气层，熔融硅酸盐和岩心之间分布。

　　Grewal说：“我们意识到所有这些储层之间的氮分馏对人体的大小非常敏感。” “使用这个想法，我们可以计算出随着时间的流逝，氮将如何在原行星的不同储层之间分离，从而最终构建出一个可居住的星球，如地球。”

　　他们的理论表明，用于地球的原料在完成分化成熟悉的金属-硅酸盐-气体蒸气排列的过程之前，迅速生长到大约月球和火星大小的行星胚胎附近。

　　总的来说，他们估计胚胎在太阳系形成的100-200万年内形成，比它们完全分化所需的时间要快得多。如果这些胚胎的分化速度快于吸积速度，由它们形成的岩石行星就不可能吸积足够的氮，以及可能的其他挥发物，这对维持生命的发育条件至关重要。

　　“我们的计算表明，通过在金属硅酸盐分化之前迅速生长的行星胚形成一个地球大小的行星，为满足地球的氮预算提供了独特的途径，”CLEVER行星公司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，探索生命必需的元素是如何在太阳系的岩石行星或遥远的岩石系外行星上聚集的。

　　他说：“这项工作表明，氮对形成核的金属液体的亲和力比以前想象的要大得多。”

　　这项研究遵循了早期的工作，一项显示了月球形成体的撞击是如何给地球带来大量挥发性物质的，另一项表明地球从太阳系的本地来源获得的氮比以前认为的要多。

　　格鲁瓦尔说，在后者的研究中，“我们证明了在太阳系内外生长的原行星都吸收了氮，地球通过从这两个地区都吸收了原行星来获取了氮。但是，如何确定地球的氮收支还不得而知。”

　　达斯古普塔说：“我们提出的重大主张将不仅限于挥发性元素和氮的起源，而且还将影响科学界对行星形成和生长感兴趣的各个领域。”