על פי ההשערה הנבולרית, השמש וכוכבי הלכת נוצרו לפני 4.6 מיליארד שנה מענן ענק של אבק וגז. זה התחיל בכך שהשמש התגבשה במרכז, והחומר הנותר היוצר דיסק פרוטפלנטרי, ממנו נוצרו כוכבי הלכת. בעוד שכוכבי הלכת במערכת השמש החיצונית היו מורכבים ברובם מגזים (כלומר ענקי הגז), אלה הקרובים יותר לשמש נוצרו ממינרלים ומתכות סיליקט (כלומר כוכבי הלכת היבשתיים).
למרות שיש לי מושג די טוב כיצד כל זה קרה, השאלה כיצד בדיוק נוצרו כוכבי הלכת של מערכת השמש והתפתחו במהלך מיליארדי השנה, עדיין נתונה לדיון. במחקר חדש, שני חוקרים מאוניברסיטת היידלברג שקלו את התפקיד שמילא הפחמן הן בהיווצרות כדור הארץ והן בהופעתם והתפתחותם של החיים.
המחקר שלהם, "התפלגות מרחבית של אבק פחמן בערפילית השמש הקדומה ותכולת הפחמן של פלנטסימלים", הופיע לאחרונה בכתב העת אסטרונומיה ואסטרופיסיקה. המחקר נערך על ידי האנס-פיטר גייל, מהמכון לאסטרופיזיקה תיאורטית באוניברסיטת היידלברג, ומריו טריילוף - מהמכון למדעי כדור הארץ של היידלברג והמעבדה לקלאוס-צפירה לקוסמוכימיה.
לצורך המחקר, הזוג שקל את תפקידו של היסוד הפחמן - החיוני לחיים כאן בכדור הארץ - בהתהוות פלנטרית. בעיקרו של דבר, מדענים סבורים כי במהלך הימים הראשונים של מערכת השמש - כשהיתה עדיין עננה ענקית של אבק וגז - הופצו חומרים עתירי פחמן למערכת השמש הפנימית ממערכת השמש החיצונית.
מעבר ל"קו הכפור "- שם נדיפים כמו מים, אמוניה ומתאן ומסוגלים להתעבות לקרח - נוצרו גופים המכילים תרכובות פחמן קפואות. בדומה לאופן שבו הופצו מים ברחבי מערכת השמש, שגופות אלה כביכול הושלכו ממסלוליהם ונשלחו לכיוון השמש, וחילקו חומרים נדיפים לכוכבי הלכת העליונים שבסופו של דבר יגדלו להפוך לכוכבי הלכת היבשתיים.
עם זאת, כאשר משווים בין סוגי המטאורים שהפיצו חומר קדמוני לכדור הארץ - aka. מטאוריטים chondrite - אחד מבחין באי-התאמה מסוימת. בעיקרון, פחמן נדיר יחסית בכדור הארץ בהשוואה לסלעים קדומים אלה, שהסיבה להם נותרה תעלומה. כפי שהסביר פרופ 'טריילוף, שהיה המחבר המשותף למחקר, בהודעה לעיתונות של אוניברסיטת היידלברג:
"על כדור הארץ, פחמן הוא יסוד נדיר יחסית. הוא מועשר קרוב לפני השטח של כדור הארץ, אך כשבריר מהחומר הכולל על פני כדור הארץ הוא מחציתו בלבד של ה -1 / 1000. עם זאת בשביטים פרימיטיביים, חלקם של הפחמן יכול להיות עשרה אחוזים ומעלה. "
"חלק ניכר מהפחמן באסטרואידים ובשביטים הוא במולקולות ארוכות שרשרת ומסועפת המתנדפות רק בטמפרטורות גבוהות מאוד", הוסיף ד"ר גריל, מחבר המחקר הראשי. "על סמך הדגמים הסטנדרטיים המדמים תגובות פחמן בערפילית השמש בה מקור השמש וכוכבי הלכת, על כדור הארץ ושאר כוכבי הלכת היבשתיים להכיל פי 100 יותר פחמן."
כדי לטפל בכך, שני המחקרים בנו מודל שהניח כי אירועי חימום הבזק למשך זמן קצר - בהם השמש חיממה את הדיסק הפרוטו-פלנטרי - היו אחראים לפער זה. הם גם הניחו שכל החומר במערכת השמש הפנימית היה מחומם לטמפרטורות שבין 1,300 ל -1,800 מעלות צלזיוס (2372 עד 3272 מעלות צלזיוס) לפני שבסופו של דבר נוצרו כוכבי לכת קטנים וכוכבי לכת יבשתיים.
ד"ר גריל וטריאלוף מאמינים כי העדויות לכך נעוצות בגרגרים העגולים במטאוריטים הנוצרים מטיפות מותכות - הידועות בכינוי שונדרולים. שלא כמו מטאוריטים של שונדיט, שיכולים להיות מורכבים מכמה אחוזים בודדים של פחמן, שונדרולים מתרוקנים ברובם מהיסוד הזה. זה, לטענתם, היה תוצאה של אותם אירועי חימום הבזק שהתרחשו לפני שהשברונים יכלו להצטבר ליצירת מטאוריטים. כפי שציין ד"ר גייל:
"רק הדוקרנים בטמפרטורה הנגזרים ממודלי היווצרות הנברשות יכולים להסביר את כמות הפחמן הנמוכה של ימינו בכוכבי הלכת הפנימיים. מודלים קודמים לא לקחו בחשבון את התהליך הזה, אבל כנראה שיש לנו את זה להודות על הכמות הנכונה של הפחמן שאפשרה את התפתחות הביוספרה של כדור הארץ כפי שאנו מכירים אותה. "
בקיצור, ניתן להסביר את הפער בין כמות הפחמן שנמצא בחומר סלע קונדריטי לבין זה שנמצא על פני כדור הארץ על ידי חימום אינטנסיבי במערכת השמש הקדומה. כאשר כדור הארץ נוצר מחומר כרונדיטי, החום הקיצוני גרם להידלדלות הפחמן הטבעי שלו. בנוסף לשפוך אור על מה שהיה תעלומה מתמשכת באסטרונומיה, מחקר זה מציע גם תובנה חדשה כיצד החלו במערכת השמש.
בעיקרון, החוקרים משערים כי אירועי חימום ההבזק במערכת השמש הפנימית אולי היו נחוצים לכל החיים כאן על כדור הארץ. אילו היה יותר מדי פחמן בחומר הקדמון שהתלכד בכוכב הלכת שלנו, התוצאה הייתה יכולה להיות "מנת יתר של פחמן". הסיבה לכך היא שכאשר הפחמן מתחמצן הוא יוצר פחמן דו חמצני, גז חממה עיקרי שיכול להוביל לאפקט חימום בורח.
כך מאמינים מדעני פלנטה שקרה לוונוס, שם נוכחותו של CO2 שופע בשילוב עם חשיפתו המוגברת לקרינת השמש - הובילה לסביבה הגיהנונית שנמצאת שם כיום. אבל על פני כדור הארץ, CO2 הוצא מהאטמוספרה על ידי מחזור הסיליקט-קרבונט, שאיפשר לכדור הארץ להשיג סביבה מאוזנת ומקיימת חיים.
"האם מאה פעמים יותר פחמן יאפשר פינוי אפקטיבי של גזי החממה מוטל בספק לפחות", אמר ד"ר טריילוף. "כבר לא ניתן היה לאחסן את הפחמן בקרבונטים, שם מרבית CO2 של כדור הארץ מאוחסן כיום. הרבה CO2 זה באטמוספירה יגרום לאפקט חממה כה קשה ובלתי הפיך, שהאוקיינוסים יתאדו וייעלמו. "
עובדה ידועה היא שהחיים כאן על כדור הארץ מבוססים על פחמן. עם זאת, הידיעה שתנאים במהלך מערכת השמש המוקדמת מנעה מנת יתר של פחמן שיכולה להפוך את כדור הארץ לוונוס השנייה היא בהחלט מעניינת. אמנם פחמן עשוי להיות חיוני לחיים כפי שאנו מכירים אותו, אך יותר מדי יכול להיות מותו. מחקר זה יכול להועיל גם כשמדובר בחיפוש אחר חיים במערכות חוץ-סולאריות.
בבחינת כוכבים רחוקים, אסטרונומים יכלו לשאול, "האם התנאים הקדמוניים היו חמים מספיק במערכת הפנימית כדי למנוע מנת יתר של פחמן?" התשובה לשאלה זו יכולה להיות ההבדל בין מציאת כדור הארץ 2.0, או עולם אחר דמוי ונוס!
