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細說地球歷史#1 ── 地球的形成,46億年前開始的故事

一切都要從宇宙說起。138億年前,宇宙從大霹靂的初始狀態開始膨脹,逐漸冷卻使基本粒子形成物質。在這之後的3億年,第一代恆星形成,透過核融合反應合成氫與氦以外的重元素。另外,大型的恆星在演化末期時經歷超新星爆炸,此時可以生成原子序比鐵更大的元素。這些經由核反應生成的元素聚集在星雲中,將在未來成為形成地球的重要成分。

太陽系的形成

46億年前,某個星雲開始塌縮,物質因為重力相互吸引,逐漸向中心累積。因為角動量守恆,星雲內的物質加速旋轉,形狀也逐漸變得扁平,稱為原行星盤。中心聚集的物質形成原恆星,隨著質量不斷增加,溫度與壓力隨之上升,最終點燃核融合反應。這顆天體,我們稱之為太陽。

原行星盤外側的物質也會相互吸引撞擊,形成微行星。其中較大的微行星容易吞併小型的微行星,導致只有少量的微行星可以持續成長,形成如今的行星。靠近太陽的區域溫度較高,易揮發的物質難以在此處聚集,因此只留下鐵質或石質微行星,最終形成類地行星。太陽系外側溫度較低,氫、氦、甲烷等物質可以穩定存在,形成氣體巨行星(類木行星)。

太陽星雲假說的證據

上文介紹的太陽系形成模型,被稱為太陽星雲假說
這個假說可以解釋太陽系的大部分性質:

  • 太陽系中所有行星公轉方向相同
  • 太陽系中大部分行星自轉方向相同
  • 類地行星和氣體巨行星的差異

科學家透過望遠鏡觀察銀河系中其他的星雲,也有發現類似於原恆星和原行星盤的特徵(相關論文)。

回到地球

地球歷史開始了。46億年前,微行星相互碰撞形成原始的地球。在接下來的數億年,地球不斷吸積軌道附近的物質,從半徑十公里成長至接近現在的大小。這個時期被稱為冥古宙,是地球歷史中第一個被承認的時期。下一篇文章將會詳細討論冥古宙的地球,記得繼續關注喔~

地球歷史從什麼時候開始?

上文提到地球在46億年前形成。有什麼證據呢?
現今地球上發現的隕石中,球粒隕石是太陽系形成時殘留的物質,且沒有受到外界影響發生成分改變。因此對球粒隕石進行放射性同位素定年,可得知其形成年代。只要知道球粒隕石的年齡,就可以得知太陽星雲中物質開始聚集的時間,即微行星形成的時間。
對於地球上的岩石進行定年會得到不準確的結果,因為地球上的岩石在冥古宙多為熔融狀態,直到40億年前才有固體岩石保存。因此進行定年時最早只能得到40億年年前的資訊。