@ 2012.07.19 , 02:59

大科普:终于被解开的地球水之谜

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看上面那张照片,你会觉得地球就是一个水球。但是事实却是:地球母亲身上99%都是干燥的岩石。所以,地球上的水的含量,看起来其实是像下面这样的。

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根据现已有的太阳系形成模型,像上图中那种情况几乎是不可能的——这也是一个到现在都还让科学家们很不解的谜。

来自美国巴尔的摩的空间望远镜研究所的 Rebecca Martin 和 Mario Livio 好像已经解开了这个谜题——使用来自哈勃的数据。通过观察一些年轻的行星的表现,他们想出了一个能够颠覆现在所有的新模型。

  • 老模型
  • 在最原始的理论中,也就是标准吸积盘模型(standard accretion-disk model)中,太阳系中的行星都是由那些围绕着太阳运动了几百亿年的,盘状的气体和星尘所组成的。万有引力造就了这些盘状物,它们叫做“原行星盘”(protoplanetary disk),它们渐渐浓缩凝结成不同的形状,最终变成了今天我们所知的星球。

    根据它们和太阳的距离,这些星球都有着不同的特征。根据标准模型,某些属于特定区域范围内的行星注定就是干燥崎岖的。而那些已经远离了前沿的星球就是冰冻的世界。这个“前沿”——也被叫做“雪线”(snow line)——将地球划分在了冰冻星球的范围内。根据 Martin 的说法:

    如果在地球还在成型的时期,雪线在地球(公转)轨道之内,那么地球早就该变成一个冰雪的世界了。像天王星,海王星那样的行星,它们远远处在雪线以外,这些行星上水的成分占了百分之好几十。但是地球上其实没有这么多水,而这一点是很令人费解的。

    在地球上,水所占的体积只有0.02%,并且根据现行的理论,那些水甚至可能都是后来撞击地球的小行星和彗星带来的。这在传统模型上是怎么解释?

  • 新模型
  • 答案可能看起来很简单。Martin 和 Livio 找到了老模型中的一个问题:老模型忽略了一个事实,那就是“年轻行星周围的盘状物还没有被完全电离化。”

    我们当时说,等一下,那些年轻行星周围的盘状星尘和气体还没有被完全电离化。他们还不是标准行星盘因为那里还没有足够的热量和辐射来电离化它们。热量非常高的物体,比如白矮星和 X 光源释放足够的能量来电离它们的吸积盘,但是年轻的行星们没有足够的辐射,或者足够的捕获物来提供必要的能量,以此电离这些盘状物。

    他们总结称,老模型中的雪线位置是错误的。既然吸积盘中没有被离子化,那么老模型就不能说明问题。实际上,太阳系中应该还能被分出更多的区域。非常靠近太阳的地方会有类似“紊流区”(turbulent region)的存在。在这个区域周围会有一个冰冻的“死亡区域”,这个区域能阻挡更多的物质被太阳捕获。

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    而第三个区域,称为“自引力温暖干燥区”(self-gravitating warm dry region)。在此区域中,万有引力会为那些漂浮在吸积盘里的粘稠物质加温。升温会使所有的冰蒸发。地球也就是在这个区域中形成的。根据 Livio 的说法,这不是每个行星成长过程的典型过程,地球的形成中可能有一些偶然性的因素。这个新模型,可以准确地解释太阳系中所有行星的形成:

    不像标准的吸积盘模型,在我们的研究中,雪线不会在地球的轨道内侧移动。它其实还远远在地球轨道以外,这也就是为什么地球是一个干燥的星球。我们的新模型也解释了为什么水星,金星和火星都相对比较干燥。

    本文译自 : Gizmodo ,由译者 keep_beating 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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