2019 年 09 月 05 日
地球地函存有令人費解的化學特徵，長期以來一直與行星形成模型相互矛盾，不過最近加州理工學院科學家提出了能解決模型衝突的機制。新研究指出，一場劇烈的行星碰撞，可以大幅降低行星內部壓力，進一步解釋如今地球地函的化學結構。
當前最被廣泛接受的行星形成模型為「星雲假說」，指出行星系統起始於塵埃雲盤，當星雲密度足夠高時，開始在本身重力作用下塌縮，而星雲中的微塵顆粒也不斷碰撞形成微行星，微行星再成長合併為最終型態──行星。
然而這些碰撞的能量可使行星大部分區域蒸發，導致行星看起來根本不像行星，更像一個熔融甜甜圈，這也就是行星科學家莎拉‧史都華（ Sarah Stewart ）於近年提出的「Synestia 理論」：地球可能曾經和木星一樣，是個熱到沒有固態表面的行星，且當時外觀也不是如今的球狀天體，而是像甜甜圈的環形材料，後來才冷卻成一個或多個球體（包括地球與月亮）。
現在，莎拉‧史都華與加州理工學院博士後研究員 Simon Lock （曾經是莎拉‧史都華的學生），利用這種行星結構來模擬質量介於地球 0.9～1.1 倍的行星相撞結果，發現碰撞之後，行星的內部壓力遠低於預期。
研究人員表示，壓力降低可能是很多種機制共同作用的結果，碰撞之後，物質快速旋轉產生了一種抵抗重力的離心力，本質上會推開材料遠離旋轉軸，導致快速旋轉的物體和質量相同但緩慢旋轉的天體相比，內部壓力低得多，以月球為例，團隊證明在碰撞後，月球當時內部壓力可能不到現今地球的一半。
而由於行星形成過程中，金屬會不斷被輸往地函，接著金屬從地函吸收少量其他元素沉入核心，至於溶解到金屬中的元素含量，由地球當時的內部壓力決定，也就是說地函的化學成分記錄了行星形成期間的壓力變化。
如果團隊新理論屬實，則可能有助於解釋地球地函化學特徵與行星形成模型之間，長期衝突的矛盾點。接下來，團隊希望理解隨著行星從大碰撞中恢復後壓力急劇增加，對地函的凝固有何影響。新論文發表在《科學前緣》（ Science Advances ）期刊。
（首圖來源：加州理工學院）
原文網址：https://technews.tw/2019/09/05/planetary-formation-earth-mantle-synestia/