Podle Nebulární hypotézy se Slunce a planety vytvořily před 4,6 miliardami let z obrovského oblaku prachu a plynu. Začalo to tím, že se ve středu formovalo Slunce a zbylý materiál tvořil protoplanetární disk, ze kterého se formovaly planety. Zatímco planety ve vnější sluneční soustavě byly z velké části tvořeny plyny (tj. Gas Giants), ty, které byly blíže ke Slunci, se tvořily ze silikátových minerálů a kovů (tj. Pozemských planet).
Přestože máme docela dobrou představu o tom, jak se to všechno stalo, je otázka, jak se planety sluneční soustavy formovaly a vyvíjely v průběhu miliard miliard roků, stále předmětem diskuse. V nové studii dva vědci z University of Heidelberg zvažovali roli, kterou uhlík hraje při formování Země a při vzniku a vývoji života.
Jejich studie „Prostorové rozložení uhlíkového prachu v časné sluneční mlhovině a obsah uhlíku v planetesimálech“ se nedávno objevila v časopise Astronomie a astrofyzika. Studii provedli Hans-Peter Gail z Institutu pro teoretickou astrofyziku na Univerzitě v Heidelbergu a Mario Trieloff - z Ústavu věd o Zemi v Heidelbergu a Laboratoř pro kosmochemii Klaus-Tschira.
Pro účely studia pár uvažoval o tom, jakou roli hraje elementární uhlík - který je nezbytný pro život zde na Zemi - v planetární formaci. Vědci se v zásadě domnívají, že během prvních dnů Sluneční soustavy - kdy to byl stále obrovský oblak prachu a plynu - byly do vnitřní sluneční soustavy z vnější sluneční soustavy distribuovány materiály bohaté na uhlík.
Mimo „linii mrazu“ - kde se těkavé látky, jako je voda, amoniak a metan a mohou kondenzovat do ledu - vytvářely tělíska obsahující zmrzlé sloučeniny uhlíku. Podobně jako voda byla distribuována v celé Sluneční soustavě, tato těla byla údajně vyhozena ze svých oběžných drah a poslána směrem ke Slunci a distribuovala těkavé materiály na planetesimály, které by nakonec vyrostly v pozemské planety.
Když však porovnáme druhy meteorů, které distribuovaly prvotní materiál na Zemi - aka. chondritové meteority - člověk si všimne určité nesrovnalosti. V podstatě je uhlík na Zemi ve srovnání s těmito starými horninami poměrně vzácný, důvodem, proč zůstalo tajemství. Jak Prof. Trieloff, který byl spoluautorem studie, vysvětlil v tiskové zprávě univerzity v Heidelbergu:
„Na Zemi je uhlík relativně vzácným prvkem. Je obohacen blízko zemského povrchu, ale jako zlomek celkové hmoty na Zemi je to pouhá polovina 1/1 000. V primitivních kometách však může být podíl uhlíku deset procent nebo více. “
"Značná část uhlíku v asteroidech a kometách je v dlouhých řetězcích a rozvětvených molekulách, které se vypařují pouze při velmi vysokých teplotách," dodal Dr. Grail, hlavní autor studie. "Na základě standardních modelů, které simulují uhlíkové reakce ve sluneční mlhovině, ze které pocházelo slunce a planety, by Země a další pozemské planety měly mít až 100krát více uhlíku."
Abychom to vyřešili, dva výzkumy vytvořily model, který předpokládal, že za tento nesoulad byly odpovědné události krátkodobého zahřívání bleskem - kde Slunce zahřívá protoplanetární disk. Rovněž předpokládali, že veškerá hmota ve vnitřní Sluneční soustavě byla zahřátá na teploty mezi 1 300 a 1 800 ° C (2372 až 3272 ° F), než se nakonec vytvořily malé planetesimály a pozemské planety.
Dr. Grail a Trieloff věří, že důkazem toho jsou kruhovitá zrna v meteoritech, která se tvoří z roztavených kapiček - známých jako chondrules. Na rozdíl od chondritových meteoritů, které mohou být složeny až z několika procent uhlíku, jsou chondruly do značné míry vyčerpány tímto prvkem. Tvrdí, že to bylo výsledkem stejných událostí rychlého zahřívání blesku, k nimž došlo před tím, než se chondruly dokázaly vytvořit meteority. Jak naznačil Dr. Gail:
„Dnešní nízké množství uhlíku na vnitřních planetách může vysvětlit pouze špičkové teploty odvozené od modelů formování chondrule. Předchozí modely tento proces nezohlednily, ale zřejmě máme za to poděkovat za správné množství uhlíku, které umožnilo vývoj biosféry Země, jak ji známe. “
Stručně řečeno, nesoulad mezi množstvím uhlíku, který se nachází v materiálu chondritických hornin, a tím, který se nachází na Zemi, lze vysvětlit intenzivním zahříváním v pravěké sluneční soustavě. Jak se Země tvořila z chrondritického materiálu, extrémní teplo způsobilo, že byla vyčerpána ze svého přírodního uhlíku. Tato studie kromě objasnění toho, co v astronomii stále přetrvává, nabízí také nový pohled na to, jak začal život ve sluneční soustavě.
V zásadě vědci spekulují, že události ohřevu bleskem ve vnitřní Sluneční soustavě mohou být pro život tady na Zemi nezbytné. Pokud by v prapůvodním materiálu, který by se spojil s naší planetou, bylo příliš mnoho uhlíku, mohlo by to být „předávkování uhlíkem“. Je to proto, že když se uhlík oxiduje, vytváří oxid uhličitý, hlavní skleníkový plyn, který může vést k úniku tepla.
To je to, o čem planetární vědci věří, že se stalo Venuši, kde přítomnost hojného CO2 - spolu se zvýšenou expozicí slunečnímu záření - vedla k pekelnému prostředí, které je dnes tam. Ale na Zemi byl CO2 odstraněn z atmosféry pomocí cyklu křemičitan-uhličitan, který umožnil Zemi dosáhnout vyváženého a život udržujícího prostředí.
"Zda by stokrát více uhlíku umožnilo účinné odstranění skleníkových plynů, je přinejmenším sporné," řekl Dr. Trieloff. „Uhlík již nemohl být uložen v uhličitanech, kde je dnes většina zemského CO2 uložena. Tolik CO2 v atmosféře by způsobilo tak závažný a nevratný skleníkový efekt, že by se oceány odpařily a zmizely. “
Je známým faktem, že život na Zemi je založen na uhlíku. Zajímavé však je vědět, že podmínky během rané sluneční soustavy zabránily předávkování uhlíkem, který mohl přeměnit Zemi na druhou Venuši. Zatímco uhlík může být pro život nezbytný, jak jej známe, příliš ho může znamenat jeho smrt. Tato studie by se také mohla hodit, pokud jde o hledání života v extra solárních systémech.
Při zkoumání vzdálených hvězd se astronomové mohli zeptat: „Byly ve vnitřním systému dostatečně horké prvotní podmínky, aby se zabránilo předávkování uhlíkem?“ Odpověď na tuto otázku může být rozdíl mezi nalezením Země 2.0 nebo jiného světa podobného Venuši!
