从星尘到淡蓝点碳的星际之旅到地球

俗话说，我们是由星尘构成的，包括密歇根大学在内的两项研究发现，这可能比我们以前想象的更真实。

这项由UM研究人员李杰(Jackie)领导的第一项研究发表在《科学进展》上，发现地球上的大部分碳很可能是从星际介质中传递的，星际介质是存在于银河系恒星之间空间中的物质。这很可能发生在原行星盘之后，即尘埃和气体的云团环绕我们的年轻太阳并包含了行星的构造体，形成并变暖了。

碳也可能在太阳诞生的一百万年之内被封存为固体-这意味着碳是地球生命的支柱，在星际旅行中幸存了下来。

以前，研究人员认为地球中的碳来自最初存在于星云气体中的分子，当气体冷却到足以使分子沉淀时，这些碳分子便会吸收到岩石行星中。Li和她的团队包括UM天文学家Edwin Bergin，加州理工学院的Geoffrey Blake，芝加哥大学的Fred Ciesla和明尼苏达大学的Marc Hirschmann，在这项研究中指出，携带碳的气体分子会无法建立地球，因为一旦碳蒸发，它就不会凝结回固体。

“凝结模型已经被广泛使用了几十年。它假设在太阳形成过程中，所有行星元素都被蒸发了，随着磁盘的冷却，其中一些气体凝结并将化学成分提供给固体。但是不适用于碳。”加州大学地球与环境科学系教授李说。

许多碳以有机分子的形式传递到磁盘上。但是，当碳蒸发时，会产生更多易挥发的物质，需要非常低的温度才能形成固体。更重要的是，碳不会再次凝结成有机形式。因此，李和她的团队推断地球上的大部分碳很可能直接从星际介质继承而来，从而完全避免了蒸发。

为了更好地了解地球如何获取碳，李先生估计了地球可能包含的最大碳量。为此，她将地震波穿过岩心的速度与已知的岩心声速进行了比较。这告诉研究人员，碳可能只占地球质量的不到一半。了解地球可能包含多少碳的上限将告诉研究人员有关何时可能将碳输送到这里的信息。

UM大学天文学系教授兼主席Bergin说：“我们提出了一个不同的问题：我们问到您可以在地球核心中充入多少碳，并且仍然与所有限制条件保持一致。” “这里存在不确定性。让我们拥抱不确定性，问一问到底地球深处有多少碳的真正上限是多少，这将告诉我们我们所处的真实景观。”

我们知道，行星的碳必须以正确的比例存在以维持生命。碳过多，地球的大气就像金星，从太阳中捕获热量，并保持约880华氏度的温度。碳含量太少，地球将类似于火星：这是一个荒凉的地方，无法支持水上生物，温度约为负60。

在同一组作者的第二项研究中，由明尼苏达大学的赫希曼(Hirschmann)领导，研究人员研究了当行星的小先驱物(称为小行星)在其早期形成过程中保留碳时，如何处理碳。通过检查这些现在被保存为铁陨石的物体的金属核，他们发现，在行星起源的这一关键步骤中，随着行星小行星的熔化，形成核并损失气体，许多碳必须损失掉。赫希曼说，这颠覆了以前的想法。

地球与环境科学教授Hirschmann表示：“大多数模型都将碳和其他生命必需的物质(例如水和氮)从星云中转移到原始的岩石体中，然后再传递给诸如地球或火星之类的生长行星。” 。“但是这跳过了关键的一步，在这个关键步骤中，行星小行星在积聚到行星之前会损失掉很多碳。”

赫希曼的研究最近发表在《国家科学院院刊》上。

贝尔金说：“地球需要碳来调节气候并让生命存在，但这是一件非常微妙的事情。” “你不想拥有太多，但你不想拥有太多。”

贝尔金说，这两项研究都描述了碳损失的两个不同方面，并且表明碳损失似乎是将地球建设成宜居星球的重要方面。

大学地球物理科学教授Ciesla说：“只有在天文学和地球化学等学科相交的情况下，才能解决在其他地方是否存在类地球行星的问题。” “虽然研究人员在回答不同领域的方法和具体问题时会有所不同，但要建立一个连贯的故事，就需要确定共同感兴趣的主题，并找到弥合它们之间的智力鸿沟的方法。这样做虽然具有挑战性，但努力既令人鼓舞，又令人振奋。有益的。”

布莱克是这项研究的合著者，也是加州理工学院宇宙化学和行星科学以及化学教授，他说这种跨学科的研究至关重要。

他说：“仅在我们银河系的历史上，像地球或更大一点的岩石行星就围绕着太阳等恒星聚集了数亿次。” “我们能否将这项工作扩展到更广泛地研究行星系统中的碳损失?这样的研究将吸引各种各样的学者。”

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