화성크기 물체가 지구 생명에 필수적인 요소를 가져왔을까

달을 형성한 것으로 여겨지는 화성 크기 물체와의 충돌은 생명을 유지하는 휘발성 요소를 지구로 가져왔을 가능성이 있습니다. 과학자들은 지구의 휘발성 물질의 기원에 대해 오랜기간 가설을 세워왔는데요. 탄소, 질소, 황과 같은 저비점 원소는 생명에는 필요하지만 지구 초기에는 존재하지 않았던 것들입니다. 이제 라이스 대학의 연구자들은 화성 크기의 행성 물체와 한 번의 충돌을 통해 휘발성 물질이 도착할 수 있다고 제안하고 있으며, 이는 달을 만든 것과 동일한 사건으로 보여집니다. 지구는 45억년 전 형성되기 시작하면서 주변의 가스, 먼지, 잔해를 녹힌 혼합물을 축적했습니다. 이 뜨거운 초기 혼합물에서는 휘발성 물질이 끓었을 것이나, 생명의 존재 무언가가 이후에 휘발성 물질을 전달했음을 암시하고 있습니다. 과학자들은 휘발성 물질이 풍부한 운석인 깨끗한 탄소 질 콘드라이트가 태양계 바깥 부분에서 날아와 우리 행성 형성의 매우 늦은 단계에서 지구와 충돌했다고 오랜기간 제안해왔고, 이 설명의 문제는 이 논문의 주 저자인 Damanveer Grewal은 탄소 질 콘드라이트의 탄소와 질소 비율이 20:1이라고 합니다. 그러나 지구의 규산염의 대부분은 질소에 비해 탄소가 두 배는 풍부하기 때문에 연구원들은 다른 요소에 의해 휘발성 물질이 전달되었다고 생각하고 있습니다. 팀은 실험실에서 원시 행성의 고온 및 고압 조건을 재현하기 시작하였으며, 그들은 물체의 껍질과 맨틀을 나타내는 규산염과 물체의 핵심을 나타내는 철-니켈 합금의 혼합물에 휘발성 물질을 추가했습니다. 그리고 다음으로, 과학자들은 규산염에서 금속 합금이 분리됨에 따라 휘발성 물질이 어떻게 진화하는지를 관찰했습니다. 과학자들은 탄소의 움직임에 특별히 주의를 기울였는데, 금속 합금으로 끌어당기면 규산염의 탄소 대 질소 비율이 낮아질 것이라고 예상했습니다. 그러나 탄소가 규산염으로 유입되면 탄소 대 질소 비율이 더 높아졌습니다. 실험을 통해 탄소의 반응은 시스템의 황의 양에 따라 달라졌다고 공동 저자인 Rajdeep Dasgupta는 설명했습니다. 유황이 없는 상태에서 대부분의 탄소는 금속 합금으로 유입되었지만 시스템에 유황이 25% 포함된 경우, 대부분의 탄소는 규산염이 풍부한 부분으로 떠올라 지구 맨틀에서 발견되는 높은 탄소 대 질소 비율을 제공합니다. 이러한 결과를 토대로, 팀은 어떤 종류의 물체가 휘발성 물질을 지구로 가져왔는지 확인하고자 시뮬레이션 실행을 준비했습니다. 공동저자인 Chenguang Sun은 팀이 다양한 크기와 구성의 임팩터로 약 10억개의 시나리오를 실행하여 현재의 탄소, 질, 황의 풍부함을 설명할 수 있는 것을 찾고 있다고 하며, 가장 가능성있는 것은 화성 크기의 행성체에서 예상되는 것과 동일합니다. 시뮬레이션에서 이 시나리오는 우리 행성이 현재 질량의 약 90%를 가지고 있을 때, 휘발성이 풍부한 물체가 지구와 충돌했는지 가능성 여부를 확인합니다. 지구는 충돌 시 작은 행성을 흡수했을 것이며, 물체의 핵심이 지구 중심과 융합되어 지구 중심에 황 함량이 증가했을 것입니다. 또한, 두 개의 맨틀도 융합되었을 것입니다. 합병으로 탄소와 질소의 총량은 희석되었으나, 탄소 대 질소 비율은 동일하게 유지되었을 것이며 그 결과, 지구는 생명에 필요한 나머지 질량과 휘발성 물질을 얻었을 것으로 추정됩니다. Grewal은 그러한 충격 시뮬레이션이 지구의 규산염 기반 지각과 맨틀에서 볼 수 있는 탄소 대 질소 비율을 40:1로 제공한다고 지적하고 있습니다. 그러나 모든 사람들이 이 아이디어에 동의하지는 않으며, '이 아이디어는 아마 더 복잡한 기원을 가진 물보다 탄소, 질소, 황에 더 효과적이며, 휘발성 물질이 단일 이벤트로 전달되지 않았을 수도 있다. 그리고 지구가 이전과 이후에 일부 휘발성 물질을 얻을 수 있는 다른 많은 기회가 있었을 것이다.'라고 이 연구에 참여하지 않은 Marc Hirschmann은 말합니다.