根据本周发表的一项研究，一种稀有的氦气可能在太阳系早期高温阶段地球形成过程中充斥了地球的核心。测量这些氦气和其他深埋在地壳中的气体，可以为了解地球和其他行星的形成提供关键线索。如果一项新模型是正确的，那么我们星球的诞生可能比科学家们之前假设的要快。
新墨西哥大学地球化学家、该研究的作者之一扎卡里·夏普（Zachary Sharp）表示，地球形成的精确方式仍然是一个“悬而未决的问题”。他解释说，通常情况下，科学家们认为原始地球和早期太阳系的其他行星是通过尘埃逐渐累积，聚集成越来越大的块状物而形成的。但是，深埋在地核中的古老氦气可能表明了另一种情况。
理解这个故事的关键是一种名为氦-3的稀有同位素。氦原子有两种不同的类型，称为氦-3和氦-4，它们的质量相差一个中子。氦-4可以在地球上通过重元素的放射性衰变产生，但地球上的氦-3储量是有限的，是在地球形成时被困在地壳中的，夏普说。这些古老的氦-3占地球上所有氦气的极小一部分。夏普表示，每年从地下深处逸出的氦-3非常少，总量大约只能装满50个生日气球。
夏普说，早期太阳系有一个以太阳为中心的、由气体和尘埃组成的星云。大多数研究人员认为，星云在大约一百万到两百万年后就消散了。几十年来，天文学家们普遍的解释是，星云中的尘埃颗粒聚集形成更大的颗粒，这些颗粒越来越大，直到形成数英里宽的物体，然后它们“像碰碰车一样”相互碰撞，最终形成行星大小的物体。
但夏普和他的合著者彼得·奥尔森（Peter Olson）提出了一个关于地球和其他行星形成的新模型，支持一种长期争论的观点：即这些行星“在星云存在的情况下迅速形成，”夏普说。小型、鹅卵石大小的碎片会从太阳系的外围向太阳流动。然后，当原行星围绕太阳运行时，它们会收集这些碎片，并在星云仍然存在的大约两百万年内迅速增加质量，而不是在星云消失后数百万年才完成。
在这种更快的形成情景下，地球的引力会从星云中吸入一个密集、浓厚且高温的大气层。夏普说，地球会很热，表面覆盖着一个“岩浆海洋”。
在这种条件下，大气中的气体将溶解在岩浆海洋中。夏普将这种效应比作苏打水罐的内部，高压将二氧化碳压入苏打水中。然后——就像苏打水敞开后会变平一样——当周围的压力消失时，大气中的气体就会逐渐释放出来。
夏普说，他和奥尔森认识到，由于高压大气将如此多的氦气压入这个岩浆海洋，这些氦气最终会渗透到整个地球并被困在其中金属核心中。
他们认为，氦气从核心一直向上迁移到地幔，然后从构造板块分开的中洋脊“渗出地球”。夏普说，氦气也从夏威夷、黄石和冰岛等地“热点”涌出，这些地方有来自地下的岩浆柱。氦气非常轻，它会升到高层大气并逸散到太空中。夏普说，如果氦-3以这种方式逸散，那么地球的缓慢形成将难以解释气体是如何被困在核心中的。
未参与该研究的加州大学圣克鲁兹分校行星科学家弗朗西斯·尼姆莫（Francis Nimmo）说：“如果他们的模型是正确的，那么这就意味着地球是在星云气体（即氢和氦）的存在下吸积形成的。”尼姆莫说，这反过来意味着地球的形成速度肯定比目前科学家认为的要快。
尼姆莫指出，“该论文必须对早期太阳系和原始地球的条件做出许多假设”，其他研究人员很可能会在未来的工作中对此进行探讨和剖析。例如，他们可能会收集更多实验证据，来证明氦气在高温度和高压力下溶解到金属中的难易程度，就像夏普和奥尔森所认为的地球岩浆海洋中发生的那样。
夏普说，这项研究告诉我们关于地球形成的信息，对于探索宇宙中其他地方的恒星和系外行星也同样重要。也许其他太阳系中的行星，也在年轻恒星周围的气体摇篮中迅速形成。
