Menurut Hipotesis Nebular, Matahari dan planet-planet terbentuk 4.6 bilion tahun yang lalu dari awan debu dan gas raksasa. Ini bermula dengan terbentuknya Matahari di tengah, dan bahan yang tersisa membentuk cakera protoplanet, dari mana planet terbentuk. Sedangkan planet-planet di Sistem Suria luar sebagian besar terdiri dari gas (yakni Gas Giants), planet-planet yang lebih dekat dengan Matahari terbentuk dari mineral dan logam silikat (iaitu planet-planet terestrial).
Walaupun mempunyai idea yang bagus tentang bagaimana semua ini terjadi, persoalan mengenai bagaimana planet-planet Tata Surya terbentuk dan berkembang selama berbilion tahun masih diperdebatkan. Dalam satu kajian baru, dua penyelidik dari University of Heidelberg menganggap peranan yang dimainkan oleh karbon dalam pembentukan Bumi dan juga kemunculan dan evolusi kehidupan.
Kajian mereka, "Distribusi Spatial Debu Karbon di Nebula Suria Awal dan Kandungan Karbon Planetesimals", baru-baru ini muncul dalam jurnal Astronomi dan Astrofizik. Kajian ini dilakukan oleh Hans-Peter Gail, dari Institute for Theoretical Astrophysics di University of Heidelberg, dan Mario Trieloff - dari Institut Sains Bumi Heidelberg dan Klaus-Tschira-Laboratory for Cosmochemistry.
Untuk kajian mereka, pasangan ini mempertimbangkan peranan apa yang dimainkan oleh unsur karbon - yang penting untuk kehidupan di Bumi - dalam pembentukan planet. Pada asasnya, para saintis berpendapat bahawa pada masa terawal Sistem Suria - ketika masih awan debu dan gas raksasa - bahan kaya karbon diedarkan ke Sistem Suria dalaman dari Sistem Suria luar.
Di luar "Frost Line" - di mana volatile seperti air, ammonia dan metana dan dapat mengembun ke dalam ais - badan yang mengandungi sebatian karbon beku terbentuk. Sama seperti bagaimana air disalurkan ke seluruh Sistem Suria, bahawa badan-badan ini seharusnya dikeluarkan dari orbitnya dan dikirim ke arah Matahari, menyebarkan bahan-bahan yang mudah menguap ke planet-planet yang akhirnya akan tumbuh menjadi planet terestrial.
Walau bagaimanapun, apabila seseorang membandingkan jenis meteor yang menyebarkan bahan primordial ke Bumi - aka. meteorit chondrite - seseorang menyedari perbezaan tertentu. Pada dasarnya, karbon agak jarang berlaku di Bumi berbanding batu-batu kuno ini, sebabnya masih menjadi misteri. Seperti yang dijelaskan oleh Prof Trieloff, yang merupakan pengarang bersama kajian ini dalam siaran akhbar University of Heidelberg:
“Di Bumi, karbon adalah unsur yang agak jarang berlaku. Ini diperkaya dekat dengan permukaan Bumi, tetapi sebagai sebahagian kecil dari jumlah materi di Bumi, hanya satu setengah dari 1/1000. Dalam komet primitif, bagaimanapun, kadar karbon boleh menjadi sepuluh peratus atau lebih. "
"Sebilangan besar karbon dalam asteroid dan komet terdapat dalam molekul rantai panjang dan bercabang yang menguap hanya pada suhu yang sangat tinggi," tambah Dr. Grail, penulis utama kajian. "Berdasarkan model standard yang mensimulasikan reaksi karbon di nebula suria di mana matahari dan planet-planet berasal, Bumi dan planet-planet terestrial lain harus memiliki karbon hingga 100 kali lebih banyak."
Untuk mengatasi hal ini, kedua-dua penyelidikan membina model yang mengandaikan bahawa peristiwa pemanasan kilat jangka pendek - di mana Matahari memanaskan cakera protoplanet - bertanggung jawab atas perbezaan ini. Mereka juga menganggap bahawa semua bahan dalam Sistem Suria dalaman dipanaskan pada suhu antara 1.300 dan 1.800 ° C (2372 hingga 3272 ° F) sebelum planet kecil dan planet terestrial akhirnya terbentuk.
Grail dan Trieloff percaya bukti untuk ini terletak pada biji-bijian bulat di meteorit yang terbentuk dari tetesan cair - yang dikenali sebagai chondrules. Tidak seperti meteorit chondrite, yang dapat terdiri hingga beberapa persen karbon, chondrules sebagian besar habis unsur ini. Ini, mereka mendakwa, adalah hasil daripada peristiwa pemanasan kilat yang sama yang berlaku sebelum chondrules dapat berpengaruh untuk membentuk meteorit. Seperti yang ditunjukkan oleh Dr. Gail:
"Hanya lonjakan suhu yang berasal dari model pembentukan chondrule yang dapat menjelaskan jumlah karbon rendah pada planet dalam hari ini. Model sebelumnya tidak mengambil kira proses ini, tetapi nampaknya kita harus berterima kasih atas jumlah karbon yang betul yang memungkinkan evolusi biosfer Bumi seperti yang kita ketahui. "
Ringkasnya, perbezaan antara jumlah karbon yang terdapat dalam bahan batu-batu chondritic dan yang terdapat di Bumi dapat dijelaskan dengan pemanasan sengit di Sistem Suria primordial. Semasa Bumi terbentuk dari bahan krondritik, kepanasan yang melampau menyebabkannya habis karbon semula jadi. Selain menjelaskan apa yang telah menjadi misteri dalam astronomi, kajian ini juga menawarkan wawasan baru tentang bagaimana kehidupan di Sistem Suria bermula.
Pada asasnya, para penyelidik membuat spekulasi bahawa kejadian pemanasan kilat di Sistem Suria dalaman mungkin diperlukan untuk kehidupan di Bumi. Sekiranya terdapat terlalu banyak karbon dalam bahan primordial yang bergabung ke planet kita, hasilnya mungkin adalah "overdosis karbon". Ini kerana apabila karbon menjadi teroksidasi, ia membentuk karbon dioksida, gas rumah hijau utama yang boleh menyebabkan kesan pemanasan yang melarikan diri.
Inilah yang diyakini para saintis planet terjadi pada Venus, di mana kehadiran CO2 yang melimpah - digabungkan dengan peningkatan pendedahannya terhadap radiasi Suria - membawa kepada persekitaran neraka yang ada sekarang. Tetapi di Bumi, CO2 dikeluarkan dari atmosfera oleh kitaran silikat-karbonat, yang memungkinkan Bumi mencapai persekitaran yang seimbang dan menopang kehidupan.
"Sama ada 100 kali lebih banyak karbon akan membolehkan penyingkiran gas rumah hijau secara berkesan dipertanyakan," kata Dr. Trieloff. "Karbon tidak lagi dapat disimpan dalam karbonat, di mana sebahagian besar CO2 Bumi disimpan hari ini. CO2 yang banyak di atmosfera akan menyebabkan kesan rumah hijau yang teruk dan tidak dapat dipulihkan sehingga lautan akan menguap dan hilang. "
Ini adalah fakta yang terkenal bahawa kehidupan di Bumi adalah berasaskan karbon. Namun, mengetahui bahawa keadaan semasa Sistem Suria awal mencegah berlebihan dos karbon yang dapat mengubah Bumi menjadi Venus kedua pastinya menarik. Walaupun karbon mungkin penting bagi kehidupan seperti yang kita ketahui, terlalu banyak yang boleh menyebabkan kematiannya. Kajian ini juga sangat berguna ketika mencari kehidupan dalam sistem solar ekstra.
Semasa memeriksa bintang yang jauh, para astronom dapat bertanya, "apakah keadaan primordial cukup panas di sistem dalaman untuk mencegah overdosis karbon?" Jawapan untuk soalan itu boleh menjadi perbezaan antara mencari Bumi 2.0, atau dunia lain seperti Venus!
