Theo Giả thuyết Nebular, Mặt trời và các hành tinh hình thành cách đây 4,6 tỷ năm từ một đám mây bụi và khí khổng lồ. Điều này bắt đầu với Mặt trời hình thành ở trung tâm và vật chất còn lại tạo thành một đĩa hình thành hành tinh, từ đó các hành tinh hình thành. Trong khi các hành tinh trong Hệ Mặt trời bên ngoài phần lớn được tạo thành từ các loại khí (tức là Người khổng lồ khí), những hành tinh gần Mặt trời hơn được hình thành từ các khoáng chất và kim loại silicat (tức là các hành tinh trên mặt đất).
Mặc dù có một ý tưởng khá hay về việc tất cả những điều này xuất hiện như thế nào, câu hỏi chính xác làm thế nào các hành tinh của Hệ Mặt trời hình thành và phát triển trong suốt hàng tỷ năm vẫn còn là điều cần bàn cãi. Trong một nghiên cứu mới, hai nhà nghiên cứu từ Đại học Heidelberg đã xem xét vai trò của carbon trong cả quá trình hình thành Trái đất và sự xuất hiện và tiến hóa của sự sống.
Nghiên cứu của họ, phân phối không gian bụi carbon trong tinh vân mặt trời ban đầu và hàm lượng carbon của hành tinh Planetesimals, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Thiên văn học và Vật lý thiên văn. Nghiên cứu được thực hiện bởi Hans-Peter Gail, từ Viện Vật lý thiên văn lý thuyết tại Đại học Heidelberg và Mario Trieloff - từ Viện Khoa học Trái đất Heidelberg và Phòng thí nghiệm Hóa học Klaus-Tschira.
Vì lợi ích của nghiên cứu của họ, cặp đôi đã xem xét vai trò của nguyên tố carbon - thứ rất cần thiết cho sự sống ở đây trên Trái đất - đóng vai trò trong sự hình thành hành tinh. Về cơ bản, các nhà khoa học cho rằng trong những ngày đầu tiên của Hệ Mặt trời - khi đó vẫn là một đám mây bụi và khí khổng lồ - các vật liệu giàu carbon được phân phối cho Hệ Mặt trời bên trong từ Hệ Mặt trời bên ngoài.
Vượt ra ngoài dòng Frost Frost Dòng - nơi các chất bay hơi như nước, amoniac và metan và có khả năng ngưng tụ thành băng - các cơ thể chứa các hợp chất carbon đông lạnh được hình thành. Giống như cách nước được phân phối trên khắp Hệ mặt trời, những cơ thể này được cho là đã bị đá ra khỏi quỹ đạo của chúng và được gửi về phía Mặt trời, phân phối các vật liệu dễ bay hơi cho các hành tinh cuối cùng sẽ phát triển để trở thành các hành tinh trên mặt đất.
Tuy nhiên, khi người ta so sánh các loại thiên thạch phân phối vật chất nguyên thủy với Trái đất - aka. thiên thạch chondrite - người ta nhận thấy một sự khác biệt nhất định. Về cơ bản, carbon tương đối hiếm trên Trái đất so với những tảng đá cổ xưa này, lý do vẫn còn là một bí ẩn. Như giáo sư Trieloff, đồng tác giả của nghiên cứu, đã giải thích trong thông cáo báo chí của Đại học Heidelberg:
Trên trái đất, carbon là một nguyên tố tương đối hiếm. Nó được làm giàu gần bề mặt Trái đất, nhưng là một phần nhỏ của tổng số vật chất trên Trái đất, nó chỉ bằng một nửa của 1/1000. Tuy nhiên, trong các sao chổi nguyên thủy, tỷ lệ carbon có thể là mười phần trăm trở lên.
Một phần đáng kể của carbon trong các tiểu hành tinh và sao chổi là trong các phân tử chuỗi dài và phân nhánh chỉ bốc hơi ở nhiệt độ rất cao, tiến sĩ Grail, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. Dựa trên các mô hình tiêu chuẩn mô phỏng các phản ứng carbon trong tinh vân mặt trời nơi mặt trời và các hành tinh bắt nguồn, Trái đất và các hành tinh trên mặt đất khác sẽ có lượng carbon gấp 100 lần.
Để giải quyết vấn đề này, hai nghiên cứu đã xây dựng một mô hình giả định rằng các sự kiện đốt nóng trong thời gian ngắn - nơi Mặt trời làm nóng đĩa tiền đạo - chịu trách nhiệm cho sự khác biệt này. Họ cũng cho rằng tất cả vật chất trong Hệ Mặt trời bên trong đã được nung nóng đến nhiệt độ từ 1.300 đến 1.800 ° C (2372 đến 3272 ° F) trước khi các hành tinh nhỏ và các hành tinh trên mặt đất cuối cùng hình thành.
Tiến sĩ Grail và Trieloff tin rằng bằng chứng cho điều này nằm ở những hạt tròn trong thiên thạch hình thành từ những giọt nóng chảy - được gọi là chondrules. Không giống như thiên thạch chondrite, có thể bao gồm tới vài phần trăm carbon, chondrules phần lớn đã cạn kiệt nguyên tố này. Điều này, theo họ, là kết quả của cùng một sự kiện làm nóng đèn flash diễn ra trước khi các sụn có thể tích tụ để tạo thành thiên thạch. Như Tiến sĩ Gail đã chỉ ra:
Chỉ có những đột biến về nhiệt độ có được từ các mô hình hình thành chondrule mới có thể giải thích cho ngày hôm nay, lượng carbon thấp trên các hành tinh bên trong. Các mô hình trước đây đã không tính đến quá trình này, nhưng rõ ràng chúng tôi phải cảm ơn vì lượng carbon chính xác đã cho phép sự phát triển của sinh quyển Earth Earth như chúng ta biết.
Nói tóm lại, sự khác biệt giữa lượng carbon được tìm thấy trong vật liệu đá chondritic và được tìm thấy trên Trái đất có thể được giải thích bằng sự nóng lên dữ dội trong Hệ Mặt trời nguyên thủy. Khi Trái đất hình thành từ vật liệu chrondritic, nhiệt độ cực cao khiến nó bị cạn kiệt carbon tự nhiên. Ngoài việc làm sáng tỏ những gì đã là một bí ẩn đang diễn ra trong thiên văn học, nghiên cứu này cũng cung cấp cái nhìn sâu sắc mới về cách cuộc sống trong Hệ Mặt Trời bắt đầu.
Về cơ bản, các nhà nghiên cứu suy đoán rằng các sự kiện đốt nóng trong Hệ Mặt trời bên trong có thể là cần thiết cho sự sống ở đây trên Trái đất. Nếu có quá nhiều carbon trong vật liệu nguyên thủy kết hợp với hành tinh của chúng ta, kết quả có thể là một lượng carbon quá liều. Điều này là do khi carbon bị oxy hóa, nó tạo thành carbon dioxide, một loại khí nhà kính chính có thể dẫn đến hiệu ứng sưởi ấm.
Đây là những gì các nhà khoa học hành tinh tin rằng đã xảy ra với Sao Kim, nơi có sự hiện diện của CO2 dồi dào - kết hợp với sự tiếp xúc với bức xạ Mặt trời ngày càng tăng - dẫn đến môi trường địa ngục ngày nay. Nhưng trên Trái đất, CO2 đã được loại bỏ khỏi khí quyển bởi chu trình silicat-cacbonat, cho phép Trái đất đạt được một môi trường cân bằng và duy trì sự sống.
Tiến sĩ Trieloff cho biết, liệu carbon có thể cho phép loại bỏ khí nhà kính hiệu quả hơn 100 lần hay không. Carbon không còn có thể được lưu trữ trong carbonate, nơi mà phần lớn CO2 của Earth Earth được lưu trữ ngày nay. Lượng CO2 trong khí quyển này sẽ gây ra hiệu ứng nhà kính nghiêm trọng và không thể đảo ngược đến mức các đại dương sẽ bốc hơi và biến mất.
Một thực tế nổi tiếng là sự sống ở đây trên Trái đất là dựa trên carbon. Tuy nhiên, biết rằng các điều kiện trong Hệ Mặt trời đầu tiên đã ngăn chặn quá liều carbon có thể biến Trái đất thành Sao Kim thứ hai chắc chắn rất thú vị. Trong khi carbon có thể cần thiết cho sự sống như chúng ta biết, quá nhiều có thể có nghĩa là cái chết của nó. Nghiên cứu này cũng có thể có ích khi tìm kiếm sự sống trong các hệ thống ngoài mặt trời.
Khi kiểm tra các ngôi sao xa xôi, các nhà thiên văn học có thể hỏi, điều gì là điều kiện nguyên thủy đủ nóng trong hệ thống bên trong để ngăn chặn quá liều carbon? Câu trả lời cho câu hỏi đó có thể là sự khác biệt giữa việc tìm kiếm Trái đất 2.0 hoặc một thế giới giống như sao Kim khác!
