星雲仮説によると、太陽と惑星は46億年前に塵とガスの巨大な雲から形成されました。これは、太陽が中心に形成され、残りの物質が原始惑星系円盤を形成することから始まり、そこから惑星が形成されました。外側の太陽系の惑星は主にガスで構成されていましたが（例：ガスジャイアント）、太陽に近い惑星はケイ酸塩の鉱物と金属で構成されていました（例：地球の惑星）。
これがどのようにして起こったのかについてかなり良い考えを持っていますが、太陽系の惑星が何十億年の間にどのように形成され進化したかについての問題は、依然として議論の余地があります。新しい研究では、ハイデルベルク大学の2人の研究者が、地球の形成と生命の出現と進化の両方において炭素が果たす役割を検討しました。
彼らの研究、「初期の太陽系星雲における炭素ダストの空間分布と微惑星の炭素含有量」は最近ジャーナルに掲載されました 天文学と天体物理学。この研究は、ハイデルベルク大学の理論天体物理学研究所のハンスピーターゲイルと、ハイデルベルク地球科学研究所と宇宙科学のクラウスチラ研究所のマリオトリエロフによって行われました。
彼らの研究のために、このペアは、地球上での生命に不可欠な炭素元素が惑星形成において果たす役割を検討しました。本質的に、科学者たちは、太陽系の初期の頃-それがまだダストとガスの巨大な雲だったときに-炭素に富む物質が外側の太陽系から内側の太陽系に分配されたと考えています。
水、アンモニア、メタンなどの揮発性物質が氷に凝縮できる「フロストライン」を超えて、凍結した炭素化合物を含む体が形成されます。太陽系全体に水がどのように分配されたかのように、これらの天体は軌道から追い出されて太陽に向けて送られ、最終的には地球型惑星に成長する揮発性物質を微惑星に分配しました。
ただし、原始物質を地球に分配した流星の種類を比較すると、別名。コンドライト隕石–ある矛盾に気づきます。基本的に、炭素はこれらの古代の岩石と比較して地球上で比較的まれであり、その理由は謎のままでした。この研究の共著者であるトリエロフ教授は、ハイデルベルク大学のプレスリリースで次のように説明しています。
「地球上では、炭素は比較的まれな元素です。それは地球の表面近くで濃縮されますが、地球上の全物質のほんの一部として、それは1/1000分の1にすぎません。しかし、原始彗星では、炭素の割合は10％以上になる可能性があります。」
「小惑星と彗星の炭素のかなりの部分は、非常に高温でのみ蒸発する長鎖および分岐分子にあります」と研究の筆頭著者であるグレイル博士は付け加えた。 「太陽と惑星が発生した太陽系星雲の炭素反応をシミュレートする標準モデルに基づいて、地球と他の地球の惑星は最大100倍の炭素を持っている必要があります。」
これに対処するために、2つの研究は、太陽が原始惑星系円盤を加熱した短期間のフラッシュ加熱イベントがこの矛盾の原因であると想定したモデルを構築しました。彼らはまた、小さな太陽系と地球型惑星が最終的に形成される前に、内部の太陽系のすべての物質が1,300から1,800°C（2372から3272°F）の温度に加熱されたと仮定しました。
グレイル博士とトリエロフ博士は、この証拠は、コンドリュールとして知られている、溶滴から形成される隕石の丸い粒子にあると考えています。数パーセントまでの炭素で構成できるコンドライト隕石とは異なり、コンドリュールはこの元素が大幅に減少しています。これは、コンドリュールが堆積して隕石を形成する前に起こったのと同じフラッシュ加熱イベントの結果であったと彼らは主張している。ゲイル博士が指摘したように：
「コンドリュール形成モデルから導き出された温度のスパイクだけが、内部惑星上の今日の低炭素量を説明できます。以前のモデルはこのプロセスを考慮に入れていませんでしたが、私たちが知っているように、地球の生物圏の進化を可能にした正しい炭素量に感謝する必要があるようです。」
要するに、コンドライト岩の物質に見られる炭素の量と地球に見られる炭素の量の不一致は、原始太陽系の激しい加熱によって説明できます。地球は時間の流れに沿った物質から形成されたため、極度の熱によって自然の炭素が枯渇しました。天文学で進行中の謎であることに光を当てるだけでなく、この研究はまた、太陽系の生命がどのように始まったかについての新しい洞察を提供します。
基本的に、研究者たちは、内部の太陽系でのフラッシュ加熱イベントがこの地球での生活に必要だったのではないかと推測しています。私たちの惑星に合体した原始物質に炭素が多すぎると、その結果「炭素の過剰摂取」になる可能性がありました。これは、炭素が酸化されると、暴走する暖房効果につながる可能性のある主要な温室効果ガスである二酸化炭素を生成するためです。
これは、惑星科学者が金星に起こったと信じていることです。そこでは、豊富なCO2の存在が太陽放射への曝露の増加と相まって、今日そこにある地獄のような環境につながりました。しかし地球上では、ケイ酸塩と炭酸塩の循環によって大気からCO2が取り除かれ、地球がバランスの取れた生命を維持する環境を実現しました。
「100倍以上の炭素が温室効果ガスの効果的な除去を可能にするかどうかは、少なくとも疑わしい」とTrieloff博士は述べた。 「現在、地球のほとんどのCO2が貯蔵されている炭酸塩に炭素を貯蔵することはできません。大気中のこの大量のCO2は、海が蒸発して消滅するほどの深刻で不可逆的な温室効果を引き起こします。」
ここ地球上の生命が炭素ベースであることはよく知られている事実です。しかし、初期の太陽系の状態が、地球を第2の金星に変える可能性のある炭素の過剰摂取を防いだことを知ることは、確かに興味深いことです。私たちが知っているように、炭素は生命にとって不可欠であるかもしれませんが、多すぎるとそれが死ぬことを意味します。この研究は、太陽系外システムでの生命の探索に関しても役立つでしょう。
遠方の星を調べるとき、天文学者は「原始的な状態は炭素の過剰摂取を防ぐのに十分なほど内部のシステムが高温であったか」と尋ねることができます。その質問への答えは、地球2.0を見つけること、または別の金星のような世界を見つけることの違いかもしれません！
