Ifølge den nebulære hypotese dannede solen og planeterne sig for 4,6 milliarder år siden fra en kæmpe sky af støv og gas. Dette begyndte med, at solen dannede sig i midten, og det resterende materiale dannede en protoplanetær skive, hvorfra planeterne dannede sig. Mens planeterne i det ydre solsystem hovedsageligt var sammensat af gasser (dvs. gasgiganterne), de tættere på solen dannet af silicatmineraler og metaller (dvs. de jordiske planeter).
På trods af at have en temmelig god idé om, hvordan alt dette skete, er spørgsmålet om nøjagtigt, hvordan planeterne i solsystemet dannede og udviklede sig i løbet af milliarder af år, stadig under debat. I en ny undersøgelse overvejede to forskere fra University of Heidelberg den rolle, kulstof har spillet både i dannelsen af Jorden og livets opkomst og udvikling.
Deres undersøgelse, "Rumlig fordeling af kulstofstøv i den tidlige solnebula og kulstofindholdet i Planetesimals", for nylig dukkede op i tidsskriftet Astronomi og astrofysik. Undersøgelsen blev udført af Hans-Peter Gail fra Institut for Teoretisk Astrofysik ved Universitetet i Heidelberg og Mario Trieloff - fra Heidelbergs Institut for Jordvidenskab og Klaus-Tschira-laboratoriet for kosmokemi.
Af hensyn til deres undersøgelse overvejede parret, hvilken rolle elementet carbon - som er afgørende for livet her på Jorden - spillede i planetarisk dannelse. I vid udstrækning er forskerne af den opfattelse, at i de tidlige dage af solsystemet - da det stadig var en kæmpe sky af støv og gas - blev kulstofrige materialer distribueret til det indre solsystem fra det ydre solsystem.
Uden for "Frost Line" - hvor flygtige stoffer som vand, ammoniak og metan og er i stand til at kondensere til is - der dannes frosne kulstofforbindelser. Meget ligesom hvordan vand blev distribueret over hele solsystemet, at disse kroppe angiveligt blev sparket ud af deres bane og sendt mod solen og fordelt flygtige materialer til planetesimals, der til sidst ville vokse til at blive de jordiske planeter.
Men når man sammenligner de slags meteorer, der distribuerede grundlæggende materiale til Jorden - alias. chondrite meteoritter - man bemærker en vis forskel. Grundlæggende er kulstof relativt sjælden på Jorden sammenlignet med disse gamle klipper, hvis årsag har været et mysterium. Som prof. Trieloff, der var medforfatter til undersøgelsen, forklarede i et pressemeddelelse fra University of Heidelberg:
”På Jorden er kulstof et relativt sjældent element. Det er beriget tæt på Jordens overflade, men som en brøkdel af det samlede stof på Jorden er det kun en halvdel af 1/1000. I primitive kometer kan andelen af kulstof imidlertid være ti procent eller mere. ”
”En væsentlig del af kulstoffet i asteroider og kometer er i langkædede og forgrenede molekyler, der kun fordamper ved meget høje temperaturer,” tilføjede Dr. Grail, studiens hovedforfatter. ”Baseret på standardmodellerne, der simulerer kulstofreaktioner i soleniveauet, hvor solen og planeterne stammede, skulle Jorden og de andre jordiske planeter have op til 100 gange mere kul.”
For at tackle dette konstruerede de to undersøgelser en model, der antog, at flashvarmebegivenheder med kort varighed - hvor Solen opvarmede den protoplanetære disk - var ansvarlige for denne uoverensstemmelse. De antog også, at alt stof i det indre solsystem blev opvarmet til temperaturer mellem 1.300 og 1.800 ° C (2372 til 3272 ° F), inden små planetesimaler og jordiske planeter til sidst dannedes.
Dr. Grail og Trieloff mener, at beviset herfor ligger i de runde korn i meteoritter, der dannes fra smeltede dråber - kendt som chondrules. I modsætning til chondrit-meteoritter, der kan bestå af op til et par procent kulstof, udtømmes chondrules i vid udstrækning af dette element. Dette, hævder de, var resultatet af de samme flashopvarmningshændelser, der fandt sted, før kondrulerne kunne akkrediteres til dannelse af meteoritter. Som Dr. Gail antydede:
”Kun piggene i temperatur, der stammer fra modellerne af chondrule-dannelse, kan forklare dagens lave kulstofmængde på de indre planeter. Tidligere modeller tog ikke denne proces med i betragtning, men vi har tilsyneladende den til at takke for den rigtige mængde kulstof, der muliggjorde udviklingen af Jordens biosfære, som vi kender den. ”
Kort sagt kan forskellen mellem mængden af kulstof, der findes i chondritisk stenmateriale, og den, der findes på Jorden, forklares ved intens opvarmning i det primære solsystem. Da Jorden dannedes af chrondritisk materiale, fik den ekstreme varme den til at blive udtømt af dets naturlige kulstof. Ud over at kaste lys over, hvad der har været et vedvarende mysterium inden for astronomi, tilbyder denne undersøgelse også ny indsigt i, hvordan livet i solsystemet begyndte.
Grundlæggende spekulerer forskerne i, at flashopvarmningshændelserne i det indre solsystem kan have været nødvendige for livet her på Jorden. Havde der været for meget kulstof i det oprindelige materiale, der samles sammen i vores planet, kunne resultatet have været en ”kulstofdosis”. Dette skyldes, at når kulstof oxideres, danner det kuldioxid, en vigtig drivhusgas, der kan føre til en løbende opvarmningseffekt.
Dette er, hvad planetariske forskere mener skete med Venus, hvor tilstedeværelsen af rigelig CO2 - kombineret med dens øgede eksponering for solstråling - førte til det helvede miljø, der er der i dag. Men på Jorden blev CO2 fjernet fra atmosfæren ved hjælp af silikat-carbonatcyklussen, som gjorde det muligt for Jorden at opnå et afbalanceret og livsbærende miljø.
"Hvorvidt 100 gange mere kulstof tillader effektiv fjernelse af drivhusgassen er i det mindste tvivlsomt," sagde Dr. Trieloff. ”Kulstoffet kunne ikke længere opbevares i carbonater, hvor det meste af jordens CO2 lagres i dag. Så meget CO2 i atmosfæren ville forårsage en så alvorlig og irreversibel drivhuseffekt, at verdenshavene ville fordampe og forsvinde. ”
Det er et velkendt faktum, at livet her på Jorden er kulstofbaseret. At vide, at forholdene under det tidlige solsystem forhindrede en overdosis af kulstof, der kunne have forvandlet Jorden til en anden Venus, er bestemt interessant. Selvom kulstof kan være essentielt for livet, som vi kender det, kan for meget betyde, at det dør. Denne undersøgelse kan også komme godt med, når det gælder søgen efter liv i ekstra-solsystemer.
Ved undersøgelse af fjerne stjerner kunne astronomer spørge: "var uregelmæssige forhold varme nok i det indre system til at forhindre en kulstofdosis?" Svaret på det spørgsmål kan være forskellen mellem at finde en Earth 2.0 eller en anden Venus-lignende verden!
