有關(guan) 生命必需的揮發性元素的來源一直以來都是學界爭(zheng) 論的焦點之一。了解這些元素從(cong) 何而來，不僅(jin) 能夠提供線索告訴我們(men) 內(nei) 太陽係的岩石行星是如何形成的，還能讓天文學家回溯到太陽係誕生之初，了解到古老的原行星盤的動力學。

近日，一項發表在《自然·天文學》上的新研究找到了有助於(yu) 解決(jue) 這場長期爭(zheng) 論新證據。科學家發現了地球上氮（N）元素的來源。他們(men) 推斷，如今包括地球在內(nei) 的岩質行星中的氮是內(nei) 外太陽係物質的混合。隕鐵中氮的同位素特征表明，在地球形成過程中，它可能不僅(jin) 會(hui) 從(cong) 木星軌道之外的區域收集氮，還會(hui) 從(cong) 來自內(nei) 原行星盤的塵埃中獲得氮元素。

如今的太陽係包含8顆行星，它們(men) 都誕生於(yu) 古老的原行星盤中。太陽係有時會(hui) 被大致劃分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 區域，更靠近太陽的內(nei) 太陽係包含4顆較小的行星，主要由岩石和金屬構成，屬於(yu) 岩質行星；而離太陽更遠一些的外太陽係則有4顆巨大的氣態行星。

岩質行星通過最初的“種子”（也被稱為(wei) 原行星）不斷吸積周圍的塵埃，在內(nei) 原行星盤中生長，最終形成了現在的樣子。科學家一直認為(wei) ，內(nei) 太陽係的溫度過高，導致氮和其他揮發性元素無法凝結成固體(ti) ，也就是說，內(nei) 原行星盤的揮發性元素應該是氣相的。那麽(me) 由此推斷，誕生之初的原行星似乎不會(hui) 含有氮或者其他揮發性物質，這些物質必須從(cong) 外太陽係通過某種方式輸送過來。

想要清楚地了解過去的發生的故事，需要借助一些特殊的“信使”——隕鐵就是其中之一。它們(men) 是原行星核的殘餘(yu) 物，能夠為(wei) 我們(men) 提供來自古老太陽係的信息。

比如，近年來不少研究分析了隕鐵（和隕石）中的非揮發性元素後發現，對於(yu) 非揮發性元素而言，內(nei) 外太陽係的塵埃具有完全不同的同位素組成。

受到這些研究的啟發，研究團隊想知道類似的情況是否同樣適用於(yu) 揮發性元素。如果是這樣的話，這些信息就可以反過來確定如今岩質行星的揮發物來自哪一片“儲(chu) 藏區域”。

在對隕鐵進行分析後，研究人員確實發現了一種明顯的氮同位素特征：所有來自內(nei) 原行星盤的隕鐵都含有濃度較低的氮-15同位素，而來自外盤的隕鐵則富含氮-15。這說明，在太陽係誕生的最初幾百萬(wan) 年內(nei) ，原行星盤分成兩(liang) 個(ge) 氮的“儲(chu) 藏區”，外盤富氮-15同位素，而內(nei) 盤則富含氮-14。

太陽係原行星盤氮元素的同位素分布示意圖（不反映真實細節）。| 製圖：雯雯子；圖片參考：Amrita P. Vyas / Rice University

這完全改變了目前通常認為(wei) 的說法。這項結果表明，揮發性元素從(cong) 一開始就存在於(yu) 內(nei) 原行星盤的塵埃中，它們(men) 很可能以耐熔有機質的形式存在。這意味著，包括地球在內(nei) 的岩質行星從(cong) 一開始可能就吸積了這些塵埃，岩質行星最初的“種子”應當同樣包含揮發性物質。

了解生命必需的揮發性物質的起源，對於(yu) 評估岩質行星的潛在宜居性至關(guan) 重要。

參與(yu) 新研究的科學家Rajdeep Dasgupta認為(wei) ，這一發現對那些係外行星潛在宜居性的研究意義(yi) 重大。Dasgupta是美國CLEVER行星項目的首席科學家，這個(ge) 項目主要研究的是生命必需的元素如何聚集在遙遠的係外行星上。他因此對這一新發現格外感興(xing) 趣。

對太陽係原行星盤更深入的認識，可以幫助我們(men) 推演其他原行星盤的情況。用Dasgupta的話說，我們(men) 現在可以推測，“在其他原行星盤中，即使沒有發生那種會(hui) 導致外部區域富含揮發性物質滲透進內(nei) 部區域的行星遷移事件，更靠近恒星的岩質行星可能仍然可以從(cong) 鄰近區域獲得揮發性物質”。

#創作團隊：

文字：Takeko

插圖：雯雯子

#參考來源：

https://news.rice.edu/2021/01/21/much-of-earths-nitrogen-was-locally-sourced/

https://www.nature.com/articles/s41550-020-01283-y

#圖片來源：

原行星盤：NASA/JPL-Caltech

太陽：NASA/SDO (AIA)

木星：NASA Goddard

地球：NASA/GSFC/NOAA/USGS

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