北京時間5月27日消息，“暗淡藍點”（Pale Blue Dot）是一張由旅行者1號拍攝的著名地球圖片，顯示了地球懸浮在太陽系漆黑的背景中。有一種說法是，我們都是由星際塵埃構成的。近期的兩項研究發現，這一說法可能比我們之前認為的更接近事實。
第一項研究由密歇根大學地球與環境科學系教授李潔[Jie （Jackie） Li]領導，發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。該研究發現，地球上的大部分碳可能來自星際物質，而這一過程很可能發生在原行星盤形成並升溫很久之後。星際物質是指存在於星系中恆星系統之間的太空物質和輻射，而原行星盤是圍繞早期太陽運轉的塵埃和氣體雲，其中包含了行星的基本組成部分。
一顆年輕恆星的想象圖，此時其周圍是一個正在形成行星的原行星盤。圖片來源：歐洲南方天文台
碳也可能在太陽誕生后的100萬年裡被封存在固體中，這意味着，碳在經過了漫長的星際旅行之後，才最終到達了地球，並成為地球生命的主要組成元素。
此前，研究人員認為地球上的碳來自於最初存在於星雲氣體中的分子；當星雲氣體冷卻到足以使這些分子沉降時，它們就會凝聚成一顆岩石行星。李潔教授的團隊（包括密歇根大學、加州理工學院、芝加哥大學和明尼蘇達大學的研究者）在這項研究中指出，星雲中攜帶碳的氣體分子並不會用於構建地球，因為碳在蒸發之後並不會壓縮回固體。
李潔教授說：“凝聚模型已經被廣泛應用了幾十年。該模型假設，在太陽形成的過程中，地球上所有的元素都蒸發了，而隨着原行星盤的冷卻，一些氣體開始凝結，並為行星固體部分提供化學成分。但對碳而言，情況並非如此。”
阿波羅17號任務拍攝的地球圖片，展示了整個半球的水、陸地和雲層情況。該圖片第一次展現了南極冰蓋，以及幾乎整個非洲的海岸線和阿拉伯半島。圖片來源：美國國家航空航天局
大部分碳以有機分子的形式被輸送到原行星盤上。然而，當碳蒸發時，會產生揮發性更強的物質，需要非常低的溫度才能形成固體。更重要的是，碳不會再次凝結成有機形式。因此，李潔教授的團隊推斷，地球上的大部分碳很可能直接來自星際物質，並沒有全部經歷蒸發過程。
為了更好地理解地球如何獲取這些碳，李潔教授估計了地球能包含的最大碳含量。為此，她比較了地震波通過地核的速度和已知地核的聲速。研究人員發現，碳可能只佔地球質量的不到0.5%。了解地球碳含量的上限有助於了解碳可能在什麼時候到達地球。
“我們問了一個不一樣的問題：你可以在地核中填入多少碳，同時仍符合所有的限制條件，”密歇根大學天文系教授兼系主任埃德溫·伯金說，“這裡存在不確定性。我們要接納這種不確定性，了解地球深處碳含量的真正上限是什麼，這將告訴我們所處環境的真實情況。”
正如我們所知，一顆行星必須含有適當比例的碳，才能維持生命。如果碳含量過高，地球的大氣層就會像金星一樣，吸收來自太陽的熱量，並保持大約470攝氏度的高溫；如果碳含量過低，地球就會像火星一樣，成為一個不適宜生存的地方，無法支持以水為基礎的生命，平均溫度在零下55攝氏度左右。
著名的“暗淡藍點”圖片，這是旅行者1號在64億公裡外拍攝的地球圖片，可見地球只是太陽光束上一個渺小的“暗淡藍點”（圖中人工加上了藍圈）
在另一項由明尼蘇達大學的地球和環境科學教授馬克·赫希曼所領導的研究中，研究人員分析了行星的微型前體，即所謂的微行星（planetesimal）在形成早期如何對碳元素進行處理，以將其保留下來。通過檢查這些微行星的金屬核（如今已經變成鐵隕石的形式），他們發現，在行星起源的這一關鍵步驟中，大部分的碳在微行星熔化、形成核心並失去氣體的過程中丟失了。赫希曼指出，這顛覆了之前的觀點。
“大多數模型都認為碳和其他生命必需物質，如水和氮氣等，都是從星雲進入原始的微行星岩石體，然後被輸送到不斷生長的行星，如地球或火星，”赫希曼說，“但這些模型跳過了一個關鍵步驟，即微行星在吸積到行星之前，會失去大部分的碳。”
赫希曼等人的研究發表在近期的《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
“地球需要碳來調節氣候，讓生命得以生存，但這是一件非常微妙的事情，”埃德溫·伯金說，“碳的含量不能太少，但也不能太多。”他還表示，這兩項研究描述了碳損失的兩個不同方面，並且表明碳損失似乎在地球成為一個宜居星球的過程中，發揮着關鍵作用。
“要回答宇宙中其他地方是否存在類地行星的問題，只能通過天文學和地球化學等學科的交叉研究。”加州大學地球物理科學教授弗雷德·西斯拉說，“儘管不同領域的研究人員所取得的進展和所要解決的具體問題各不相同，但構建一個連貫的故事需要找到共同感興趣的主題，並找到彌合彼此之間知識差距的方法。這樣做很有挑戰性，但這種努力既令人興奮，也將帶來回報。”
傑弗里·布萊克是這兩項研究的共同作者，也是加州理工學院的宇宙化學、行星科學和化學教授。他表示，這種跨學科的工作至關重要。“僅在銀河系的歷史上，在類似太陽的恆星周圍，像地球或更大一點的岩石行星已經凝聚了數億次，”他說，“我們能否擴展這項工作，對行星系統中的碳損失進行更廣泛的分析？這樣的研究將需要更加多元化的學者群體。”（任天）