为什么地球和火星同处太阳系内侧，相隔不过数千万公里，如今的面貌却天差地别？
一个拥有液态水与活跃地质，另一个却干冷荒凉、地质活动早早停滞。
这其中的演化原因很复杂。
但最近一项新的研究发现：两颗行星如今的差异，似乎是因为地球和火星的起源不同。
这项研究于2026年9月25日发表在《自然天文学》期刊上。
关于岩质行星如何诞生，天文学界已经争论了几十年。
经典的星子碰撞说认为，早期太阳系的尘埃先聚集成无数千米级的原始岩块——星子，它们靠引力互相吸引、碰撞合并，像搭积木一样逐渐堆出行星。
但这个过程相对缓慢，形成地球大小的行星通常需要数千万到上亿年。
而近十几年兴起的卵石吸积说则提出，行星是靠吞噬毫米到厘米级的尘埃卵石快速长大的：这些细小颗粒在星云气体中受阻力减速，源源不断落到原行星表面，能让行星在几百万年内就增长到地球级体量。
两种理论各有观测证据支撑，始终难分高下。
在这次的研究中，来自哥本哈根大学环球研究所恒星与行星形成中心的研究团队，他们跳出了传统的动力学模拟思路，转而从行星本身的化学成分里寻找答案。
他们发现，岩石中一类不耐热的元素，它们就像行星出生时留下的化学指纹，能精准还原行星的成长历程。
这类元素比如钠、钾、锌，熔点和沸点较低，遇到高温就容易蒸发逃逸。
行星形成时经历的加热过程越强、时机越早，这些元素的损耗就越严重，因此不同的形成路径，会在元素丰度上留下截然不同的损耗量，就像指纹能对应不同的人一样。
团队以地球和火星的地幔元素丰度为基准，结合卵石吸积的气体加热模型、早期星子的挥发损耗模型，用贝叶斯统计方法比对了十几种元素的观测数据，最终计算出了最符合现实的行星元素丰度配比。
这里的关键机制在于卵石吸积的热过滤效应：正在长大的原行星外围包裹着一层厚厚的氢氦气体包层，坠落的卵石深入包层底部时，会遇上千度的高温。
不耐热的中等挥发性元素会直接升华成气体，被包层内的对流气流带到外围，再被原行星盘的环流带走，最终散落在太空中。
而镁、硅这些耐高温的元素，即使升华也会在行星表面附近形成浓密的硅酸盐蒸汽云，构成一道天然的辐射屏障，从而阻止它们向外扩散，最终呢，它们还是会凝结回到行星表面。
计算结果显示，硅酸盐地球（扣除金属地核之后，所有硅酸盐岩石部分的总和，也就是地幔+地壳的总和）的形成是典型的混合成长模式：总质量的至少75%，是来自两颗通过卵石吸积长大的原行星——一颗是原始地球，另一颗就是后来撞上地球、催生了月球的撞击天体。
研究还特意验证了巨型撞击的影响：对于月球质量以上的天体，撞击产生的蒸汽很难挣脱深厚的引力势阱，因此形成月球的那次大撞击，并没有给地球带来显著的亲石挥发元素损耗。
剩下最多约25%的质量，则来自一类早已脱气的星子。
这类星子形成时间极早，内部短寿命放射性元素（如铝-26、铁-60）衰变释放的热量，或是早期的高速碰撞，让它们整体熔融，挥发性元素早就大量逃逸，成分和小行星灶神星非常接近。
它们在后续的漫长时间里陆续撞上地球，补充了一部分物质，也微调了地球的元素比例。
而火星的成长配方几乎和地球反过来：硅酸盐火星的质量里约73%都来自这类干燥的星子，只有27%左右来自卵石吸积。
研究团队推测，这可能是因为火星轨道附近的卵石补给本就不足，又受到早期太阳系里更大原行星的引力扰动，无法持续获得卵石供应，只能靠星子之间的碰撞慢慢长大。
这也解释了为什么火星个头比地球小得多，因为它缺少卵石吸积这个快速成长阶段。
这项研究最关键的价值，是打破了非此即彼的争论：岩质行星的形成既不是纯粹的星子碰撞，也不是纯粹的卵石吸积，而是两者结合的混合模式。
只是每颗行星会根据自身的位置和周边环境，形成两种过程不同的贡献比例。
这个结论还能推广到太阳系之外。
现在天文学家已经发现，不仅太阳系的岩质行星存在挥发元素损耗，很多系外岩质行星也有同样的特征——甚至通过被行星物质污染的白矮星大气，我们也能间接看到系外岩石天体的元素组成。
有了挥发元素损耗配比这个方法，未来我们就能通过观测遥远行星的元素丰度，反推它们的形成历史，甚至估算出它们能保留多少水、碳这些生命必需的物质。
这对寻找宜居行星至关重要。
一颗行星最终能拥有多少水和大气，很大程度上在它诞生的几百万年里就已经定下了基调。
读懂了岩石元素里的成长密码，我们就能在浩瀚星海里，更精准地找到下一个可能孕育生命的世界。
热门跟贴