根據一項新研究，地球和火星是由主要源自內太陽系的物質形成的；這兩顆行星的組成成分中只有百分之幾源自木星軌道以外。由德國明斯特大學領導的一組研究人員於12月22日在《科學進展》雜誌上報告了這些發現。
研究人員提出了迄今為止對地球、火星以及來自內太陽系和外太陽系的原始材料的同位素組成的最全面比較。其中一些材料今天仍然在隕石中發現，基本上沒有改變。這項研究的結果對研究人員瞭解形成水星、金星、地球和火星的過程有深遠的影響。他們認為這四顆巖質行星是透過積累來自外太陽系的毫米大小的塵埃卵石而成長到現在的大小的理論是不成立的。
大約46億年前，在我們太陽系的早期，一個塵埃和氣體盤繞著年輕的太陽執行。有兩種理論描述了在數百萬年的過程中，內層巖質行星是如何從這種原始建築材料中形成的。根據較早的理論，內太陽系的塵埃聚整合越來越大的塊狀物，逐漸達到我們月亮的大小。這些行星“胚胎”的碰撞最終產生了水星、金星、地球和火星等內行星。然而，一個較新的理論傾向於一個不同的成長過程：毫米大小的塵埃"卵石"從外太陽系向太陽遷移。在途中，它們被吸附到內太陽系的行星“胚胎”上，並一步一步地將它們擴大到現在的大小。
這兩種理論都是基於理論模型和計算機模擬，旨在重建早期太陽系的條件和動態；都描述了行星形成的可能路徑。但是哪一個是正確的？哪個過程實際發生了？為了回答這些問題，在他們目前的研究中，來自明斯特大學、蔚藍海岸天文臺（法國）、加州理工學院（美國）、柏林自然歷史博物館（德國）和柏林自由大學（德國）的研究人員確定了巖質行星地球和火星的確切組成。
該研究的第一作者、明斯特大學的Christoph Burkhardt博士說：“我們想找出地球和火星的組成成分是源於外太陽系還是內太陽系。為此，在兩顆行星的外部富含矽酸鹽的層中發現的微量稀有金屬鈦、鋯和鉬的同位素提供了關鍵線索。同位素是同一種元素的不同種類，只在其原子核的重量上有所不同。”
隕石作為參考
科學家們認為，在早期太陽系中，這些和其他金屬同位素並不是均勻分佈的。相反，它們的丰度取決於與太陽的距離。因此，它們擁有寶貴的資訊，說明在早期太陽系中某一物體的構件起源於何處。
作為內太陽系和外太陽系的原始同位素清單的參考，研究人員使用了兩種型別的隕石。這些大塊的岩石一般是從小行星帶，也就是火星和木星的軌道之間的區域找到它們的方式來到地球。它們被認為是來自太陽系初期的大部分原始材料。所謂的碳質球粒隕石，其含碳量可高達百分之幾，起源於木星軌道之外，後來由於受到不斷增長的氣態巨行星的影響，才遷移到小行星帶，而其含碳量更低的“表親”，非碳質球粒隕石，則是真正源自內太陽系。
對地球可觸及的外岩層和這兩種型別的隕石的精確同位素組成的研究已經有一段時間了；然而，對火星岩石還沒有進行過類似的全面分析。在他們目前的研究中，研究人員現在檢查了總共17塊火星隕石的樣本，這些樣本可以被歸入六種典型的火星岩石型別。此外，科學家們首次調查了三種不同金屬同位素的丰度。
他們首先對火星隕石樣品進行粉化，並進行了複雜的化學預處理。透過使用明斯特大學行星學研究所的多收集器等離子體質譜儀，研究人員隨後能夠檢測到微量的鈦、鋯和鉬同位素。然後，他們進行了計算機模擬，以計算今天在碳質和非碳質球粒隕石中發現的材料必須被納入地球和火星的比例，以便再現其測量的成分。在此過程中，他們考慮了兩個不同的吸積階段，以分別解釋鈦和鋯同位素以及鉬同位素的不同歷史。與鈦和鋯不同，鉬主要積累在金屬行星核心中。因此，今天在富含矽酸鹽的外層仍然發現的極少量的鉬，只能是在行星生長的最後階段新增的。
研究人員的結果表明，地球和火星的外岩層與外太陽系的碳質球粒隕石沒有什麼共同之處。它們只佔這兩顆行星的原始材料的大約4%。明斯特大學的Thorsten Kleine教授博士說：“如果早期的地球和火星主要是從外太陽系吸積的塵粒，那麼這個數值應該高出近10倍，”他也是哥廷根馬克斯普朗克太陽系研究所的所長。他補充說：“因此，我們不能確認這個關於內行星形成的理論。”
但是，地球和火星的組成與非碳質球粒隕石的材料也不完全一致。計算機模擬表明，另一種不同的建築材料也一定在發揮作用。Christoph Burkhardt解釋說：“根據我們的計算機模擬推斷，這第三類建築材料的同位素組成意味著它必須起源於太陽系的最內部區域。由於來自如此接近太陽的天體幾乎從未散落到小行星帶，這種材料幾乎完全被吸收到內行星中，因此不會出現在隕石中。可以說，這是‘丟失的建築材料’，我們今天已經無法直接接觸到它，”Thorsten Kleine說。
這一令人驚訝的發現並沒有改變這項研究對行星形成理論的影響。Christoph Burkhardt總結說：“地球和火星顯然主要包含來自內太陽系的材料，這與內太陽系大型天體的碰撞所形成的行星很吻合。”
