I følge nebularhypotesen dannet solen og planetene 4,6 milliarder år siden fra en gigantisk sky av støv og gass. Dette begynte med at Solen dannet seg i sentrum, og det gjenværende materialet dannet en protoplanetær skive, som planetene dannet seg fra. Mens planetene i det ytre solsystemet stort sett var sammensatt av gasser (dvs. gassgigantene), de som var nærmere solen dannet av silikatmineraler og metaller (dvs. de jordiske planetene).
Til tross for å ha en ganske god ide om hvordan alt dette ble til, er spørsmålet om nøyaktig hvordan planetene i solsystemet dannet og utviklet seg i løpet av milliarder av år fortsatt diskutert. I en ny studie vurderte to forskere fra Universitetet i Heidelberg rollen som karbon spilte både i dannelsen av jorden og livets fremvekst og utvikling.
Studien deres, "Spatial Distribution of Carbon Dust in the Early Solar Nebula and the Carbon Content of Planetesimals", dukket nylig opp i tidsskriftet Astronomi og astrofysikk. Studien ble utført av Hans-Peter Gail, fra Institute for Theoretical Astrophysics ved University of Heidelberg, og Mario Trieloff - fra Heidelbergs Institute of Earth Sciences og Klaus-Tschira-Laboratory for Cosmochemistry.
For studiens skyld vurderte paret hvilken rolle elementet karbon - som er essensielt for livet her på jorden - spilte i planetdannelse. I hovedsak er forskere av den oppfatning at i løpet av de første dagene av solsystemet - da det fremdeles var en gigantisk sky av støv og gass - ble karbonrike materialer distribuert til det indre solsystemet fra det ytre solsystemet.
Utenfor "Frost Line" - hvor flyktige stoffer som vann, ammoniakk og metan og er i stand til å kondensere til is - det dannes organer som inneholder frosne karbonforbindelser. Mye som hvordan vann ble distribuert over hele solsystemet, at disse kroppene visstnok ble sparket ut av banene sine og sendt mot sola, og fordelt flyktige materialer til planetesimene som til slutt skulle vokse til å bli de jordiske planetene.
Imidlertid når man sammenligner de typer meteorer som distribuerte primormateriale til Jorden - aka. chondrite meteoritter - man merker et visst avvik. I utgangspunktet er karbon relativt sjelden på jorden sammenlignet med disse eldgamle bergartene, og årsaken til dette har forblitt et mysterium. Som prof. Trieloff, som var medforfatter på studien, forklarte i en pressemelding fra University of Heidelberg:
“På jorden er karbon et relativt sjeldent element. Den er beriket nær jordens overflate, men som en brøkdel av den totale substansen på jorden er den bare halvparten av 1/1000. I primitive kometer kan imidlertid andelen karbon være ti prosent eller mer. ”
"En betydelig del av karbonet i asteroider og kometer er i langkjedede og forgrenede molekyler som bare fordamper ved veldig høye temperaturer," la Dr. Grail, studiens hovedforfatter, til. "Basert på standardmodellene som simulerer karbonreaksjoner i solnebulaen der solen og planetene oppsto, burde jorden og de andre jordiske planetene ha opptil 100 ganger mer karbon."
For å adressere dette konstruerte de to forskningene en modell som antok at kortvarige hendelser med blitsoppvarming - der solen varmet opp den protoplanetære platen - var ansvarlig for denne avviken. De antok også at all materie i det indre solsystemet ble oppvarmet til temperaturer mellom 1.300 og 1.800 ° C (2372 til 3272 ° F) før små planetesimaler og jordiske planeter til slutt ble dannet.
Dr. Grail og Trieloff mener bevisene for dette ligger i de runde kornene i meteoritter som dannes fra smeltede dråper - kjent som kondeler. I motsetning til chondrite-meteoritter, som kan være sammensatt av opptil noen få prosent karbon, blir kondruletter i stor grad utarmet av dette elementet. Dette, hevder de, var et resultat av de samme blitsoppvarmingshendelsene som fant sted før kondruljene kunne samle seg for å danne meteoritter. Som Dr. Gail antydet:
"Bare piggene i temperatur som stammer fra modellene for chondrule-formasjon, kan forklare dagens lave karbonmengde på de indre planetene. Tidligere modeller tok ikke hensyn til denne prosessen, men vi har tilsynelatende den for å takke for riktig mengde karbon som muliggjorde utviklingen av jordens biosfære slik vi kjenner den. "
Kort sagt kan avviket mellom mengden karbon som finnes i kondritisk bergart og den som finnes på jorden forklares med intens oppvarming i det primære solsystemet. Da jorden dannet av krondritisk materiale, førte den ekstreme varmen til at den ble utarmet av dets naturlige karbon. I tillegg til å belyse det som har vært et pågående mysterium innen astronomi, tilbyr denne studien også ny innsikt i hvordan livet i solsystemet begynte.
I utgangspunktet spekulerer forskerne at flash-oppvarmingshendelsene i det indre solsystemet kan ha vært nødvendig for livet her på jorden. Hadde det vært for mye karbon i det primære materialet som samkjørte seg inn i planeten vår, kunne resultatet ha vært en "karbon-overdose". Dette er fordi når karbon oksideres, danner det karbondioksid, en viktig klimagass som kan føre til en løpsoppvarmingseffekt.
Dette er hva planetariske forskere mener skjedde med Venus, der tilstedeværelsen av rikelig CO2 - kombinert med sin økte eksponering for solstråling - førte til det helvete miljøet som er der i dag. Men på jorden ble CO2 fjernet fra atmosfæren av silikat-karbonatsyklusen, noe som gjorde det mulig for Jorden å oppnå et balansert og livsfullt miljø.
"Hvorvidt 100 ganger mer karbon vil tillate effektiv fjerning av klimagassen, er i det minste tvilsom," sa Dr. Trieloff. "Karbonet kunne ikke lenger lagres i karbonater, der mesteparten av jordens CO2 lagres i dag. Så mye CO2 i atmosfæren ville føre til en så alvorlig og irreversibel drivhuseffekt at havene ville fordampe og forsvinne. ”
Det er et kjent faktum at livet her på jorden er karbonbasert. Å vite at forholdene under det tidlige solsystemet forhindret en overdose av karbon som kunne ha gjort Jorden til en annen Venus, er imidlertid absolutt interessant. Selv om karbon kan være essensielt for livet slik vi kjenner det, kan for mye bety dødens død. Denne studien kan også komme til nytte når det gjelder leting etter liv i ekstrasolsystemer.
Når astronomer undersøkte fjerne stjerner, kunne astronomer spørre: "var urforholdene varme nok i det indre systemet til å forhindre en overdosering av karbon?" Svaret på det spørsmålet kan være forskjellen mellom å finne en Earth 2.0, eller en annen Venus-lignende verden!
