وفقًا لفرضية السديم ، تكونت الشمس والكواكب قبل 4.6 مليار سنة من سحابة عملاقة من الغبار والغاز. بدأ هذا بتشكيل الشمس في المركز ، وتشكل المادة المتبقية قرصًا كوكبيًا أوليًا ، تشكلت منه الكواكب. في حين أن الكواكب في النظام الشمسي الخارجي تتكون إلى حد كبير من الغازات (أي عمالقة الغاز) ، فإن تلك الأقرب من الشمس تكونت من معادن سيليكات ومعادن (أي الكواكب الأرضية).
على الرغم من وجود فكرة جيدة عن كيفية حدوث كل هذا ، فإن السؤال حول كيفية تشكل وتطور كواكب النظام الشمسي على مدار مليارات السنين لا يزال قيد المناقشة. في دراسة جديدة ، درس باحثان من جامعة هايدلبرغ الدور الذي يلعبه الكربون في كل من تكوين الأرض وظهور الحياة وتطورها.
ظهرت دراستهم ، "التوزيع المكاني لغبار الكربون في السديم الشمسي المبكر والمحتوى الكربوني للكواكب الصغيرة" ، في المجلة مؤخرًا الفلك والفيزياء الفلكية. أجرى الدراسة هانز بيتر جيل ، من معهد الفيزياء الفلكية النظرية في جامعة هايدلبرغ ، وماريو تريلوف - من معهد هايدلبرغ لعلوم الأرض ، ومختبر كلاوس تسشيرا للكيمياء الكونية.
من أجل دراستهم ، نظر الزوجان في الدور الذي لعبه عنصر الكربون - وهو ضروري للحياة هنا على الأرض - في تكوين الكواكب. بشكل أساسي ، يرى العلماء أنه خلال الأيام الأولى من النظام الشمسي - عندما كانت لا تزال سحابة عملاقة من الغبار والغاز - تم توزيع المواد الغنية بالكربون على النظام الشمسي الداخلي من النظام الشمسي الخارجي.
خارج "خط الصقيع" - حيث تكون المواد المتطايرة مثل الماء والأمونيا والميثان وقادرة على التكثف في الجليد - تشكلت أجسام تحتوي على مركبات الكربون المجمدة. تمامًا مثل كيفية توزيع المياه في جميع أنحاء النظام الشمسي ، من المفترض أن هذه الأجسام طردت من مداراتها وأرسلت نحو الشمس ، لتوزيع المواد المتطايرة على الكواكب الصغيرة التي ستنمو في نهاية المطاف لتصبح الكواكب الأرضية.
ومع ذلك ، عندما يقارن المرء أنواع الشهب التي وزعت المواد البدائية على الأرض - المعروف أيضًا. نيازك كوندريت - يلاحظ المرء وجود اختلاف معين. في الأساس ، الكربون نادر نسبيًا على الأرض مقارنة بهذه الصخور القديمة ، والسبب الذي ظل غامضًا. كما شرح البروفيسور تريويلوف ، الذي شارك في تأليف الدراسة ، في بيان صحفي لجامعة هايدلبرغ:
"على الأرض ، الكربون عنصر نادر نسبيًا. يتم تخصيبه بالقرب من سطح الأرض ، ولكن كجزء من المادة الكلية على الأرض ، فهو مجرد نصف 1/1000. لكن في المذنبات البدائية ، يمكن أن تكون نسبة الكربون عشرة بالمائة أو أكثر ".
وأضاف الدكتور غرايل ، المؤلف الرئيسي للدراسة: "جزء كبير من الكربون في الكويكبات والمذنبات موجود في جزيئات طويلة ومتفرعة لا تتبخر إلا في درجات حرارة عالية جدًا". "استنادًا إلى النماذج القياسية التي تحاكي تفاعلات الكربون في السديم الشمسي حيث نشأت الشمس والكواكب ، يجب أن تحتوي الأرض والكواكب الأرضية الأخرى على ما يصل إلى 100 مرة من الكربون."
لمعالجة هذا ، قام الباحثان ببناء نموذج يفترض أن أحداث التسخين الوميضي قصيرة المدى - حيث تسخن الشمس قرص الكواكب الأولية - كانت مسؤولة عن هذا التناقض. وافترضوا أيضًا أن جميع المواد في النظام الشمسي الداخلي قد تم تسخينها إلى درجات حرارة تتراوح بين 1300 و 1800 درجة مئوية (2372 إلى 3272 درجة فهرنهايت) قبل تشكل الكواكب الصغيرة والكواكب الأرضية في النهاية.
يعتقد د. جريل وتريلوف أن الدليل على ذلك يكمن في الحبوب المستديرة في النيازك التي تتكون من قطرات منصهرة - تُعرف باسم الغضروف. على عكس نيازك الكوندريت ، والتي يمكن أن تتكون من نسبة قليلة من الكربون ، يتم استنفاد الغضروف إلى حد كبير من هذا العنصر. هذا ، كما يزعمون ، كان نتيجة نفس أحداث التسخين الوميضي التي حدثت قبل أن تتراكم الغضروف لتشكيل النيازك. كما أشار د. جيل:
"فقط الارتفاعات في درجات الحرارة المشتقة من نماذج تشكيل الغضروف هي التي يمكن أن تفسر انخفاض كمية الكربون الموجودة اليوم على الكواكب الداخلية. لم تأخذ النماذج السابقة هذه العملية في الاعتبار ، ولكن يبدو أن علينا أن نشكر الكمية الصحيحة من الكربون التي سمحت بتطور المحيط الحيوي للأرض كما نعرفه ".
باختصار ، يمكن تفسير التباين بين كمية الكربون الموجودة في مادة الصخور الغضروفية وتلك الموجودة على الأرض بالتسخين المكثف في النظام الشمسي البدائي. عندما تشكلت الأرض من مادة كروندريتية ، تسببت الحرارة الشديدة في استنفادها من الكربون الطبيعي. بالإضافة إلى تسليط الضوء على ما كان لغزًا مستمرًا في علم الفلك ، تقدم هذه الدراسة أيضًا رؤية جديدة لكيفية بدء الحياة في النظام الشمسي.
بشكل أساسي ، يتوقع الباحثون أن أحداث التسخين الوميضي في النظام الشمسي الداخلي ربما كانت ضرورية للحياة هنا على الأرض. لو كان هناك الكثير من الكربون في المواد البدائية التي اندمجت في كوكبنا ، لكانت النتيجة "جرعة زائدة من الكربون". هذا لأنه عندما يصبح الكربون مؤكسدًا ، فإنه يشكل ثاني أكسيد الكربون ، وهو غاز دفيئة رئيسي يمكن أن يؤدي إلى تأثير تسخين هارب.
هذا ما يعتقد علماء الكواكب أنه حدث لفينوس ، حيث أدى وجود وفرة من ثاني أكسيد الكربون - إلى جانب زيادة تعرضها للإشعاع الشمسي - إلى البيئة الجليلة الموجودة اليوم. ولكن على الأرض ، تمت إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي بواسطة دورة سيليكات كربونات ، مما سمح للأرض بتحقيق بيئة متوازنة ومستدامة للحياة.
قال الدكتور تريلوف: "ما إذا كان الكربون 100 مرة سيسمح بإزالة غازات الاحتباس الحراري بشكل فعال أمر مشكوك فيه على الأقل". "لم يعد من الممكن تخزين الكربون في كربونات ، حيث يتم تخزين معظم ثاني أكسيد الكربون في الأرض اليوم. من شأن هذا الكم الكبير من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي أن يسبب مثل هذا الاحتباس الحراري تأثيرًا شديدًا لا رجعة فيه بحيث تتبخر المحيطات وتختفي ".
من المعروف أن الحياة هنا على الأرض قائمة على الكربون. ومع ذلك ، فإن معرفة أن الظروف خلال النظام الشمسي المبكر حالت دون تناول جرعة زائدة من الكربون يمكن أن تحول الأرض إلى كوكب الزهرة الثاني ، وهو أمر مثير للاهتمام بالتأكيد. في حين أن الكربون قد يكون ضروريًا للحياة كما نعرفه ، إلا أن الكثير يمكن أن يعني موته. يمكن أن تكون هذه الدراسة مفيدة أيضًا عندما يتعلق الأمر بالبحث عن الحياة في أنظمة الطاقة الشمسية الإضافية.
عند فحص النجوم البعيدة ، يمكن لعلماء الفلك أن يسألوا ، "هل كانت الظروف البدائية ساخنة بدرجة كافية في النظام الداخلي لمنع جرعة زائدة من الكربون؟" يمكن أن يكون الجواب على هذا السؤال هو الفرق بين إيجاد الأرض 2.0 ، أو عالم آخر يشبه الزهرة!
