ดาวเคราะห์อย่างโลกที่โคจรอยู่ภายในเขตโกลดิล็อกส์ของระบบสุริยะ ซึ่งมีสภาพที่รองรับน้ำที่เป็นของเหลวและบรรยากาศที่อุดมสมบูรณ์ มีแนวโน้มที่จะมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ ตามที่ปรากฎ การที่ดาวเคราะห์ดวงนั้นมารวมกันนั้นยังเป็นตัวกำหนดว่าจะจับและรักษาองค์ประกอบและสารประกอบที่ระเหยได้บางอย่าง รวมทั้งไนโตรเจน คาร์บอน และน้ำ ที่ก่อให้เกิดชีวิตหรือไม่

ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในNature Geoscience Damanveer Grewal นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและผู้เขียนนำของ Rice และศาสตราจารย์ Rajdeep Dasgupta ได้แสดงการแข่งขันระหว่างเวลาที่วัสดุจะรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ก่อกำเนิดและเวลาที่ดาวเคราะห์น้อยใช้ในการแยกออกเป็นชั้นต่างๆ แกนโลหะ เปลือกของเสื้อคลุมซิลิเกต และเปลือกหุ้มชั้นบรรยากาศในกระบวนการที่เรียกว่าความแตกต่างของดาวเคราะห์ เป็นสิ่งสำคัญในการพิจารณาว่าธาตุใดที่ดาวเคราะห์หินยังคงเก็บรักษาไว้

นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าไนโตรเจนส่วนใหญ่หนีออกสู่ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ในอุดมคติได้โดยใช้ไนโตรเจนเป็นพร็อกซี่สำหรับสารระเหยในระหว่างการสร้างความแตกต่าง ไนโตรเจนนี้จะสูญเสียไปในอวกาศในเวลาต่อมาเนื่องจากดาวเคราะห์น้อยจะเย็นตัวลงหรือชนกับดาวเคราะห์อื่นหรือวัตถุของจักรวาลในช่วงต่อไปของการเจริญเติบโต

กระบวนการนี้ทำให้ไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศและชั้นปกคลุมของดาวเคราะห์หินลดลง แต่ถ้าแกนโลหะยังคงมีอยู่เพียงพอ ก็อาจยังเป็นแหล่งไนโตรเจนที่สำคัญในระหว่างการก่อตัวของดาวเคราะห์คล้ายโลก

ห้องทดลองแรงดันสูงของ Dasgupta ที่ Rice จับภาพความแตกต่างของการเกิดดาวเคราะห์น้อยในการดำเนินการเพื่อแสดงความสัมพันธ์ของไนโตรเจนกับแกนโลหะ

Grewal กล่าวว่า "เราจำลองสภาวะอุณหภูมิความดันสูงโดยผสมโลหะที่มีไนโตรเจนและผงซิลิเกตเป็นส่วนผสมของความดันบรรยากาศเกือบ 30,000 เท่า และทำให้ร้อนเกินกว่าจุดหลอมเหลวของพวกมัน "ก้อนโลหะขนาดเล็กที่ฝังอยู่ในแก้วซิลิเกตของตัวอย่างที่กู้คืนมานั้นมีความคล้ายคลึงกันของแกนและเสื้อคลุมของดาวเคราะห์ก่อกำเนิด"

โดยใช้ข้อมูลการทดลองนี้ นักวิจัยได้จำลองความสัมพันธ์ทางอุณหพลศาสตร์เพื่อแสดงให้เห็นว่าไนโตรเจนกระจายตัวระหว่างชั้นบรรยากาศ ซิลิเกตหลอมเหลว และแกนกลางอย่างไร

"เราตระหนักว่าการแยกส่วนของไนโตรเจนระหว่างอ่างเก็บน้ำเหล่านี้มีความไวต่อขนาดของร่างกายมาก" Grewal กล่าว "โดยใช้แนวคิดนี้ เราสามารถคำนวณว่าไนโตรเจนจะแยกระหว่างแหล่งเก็บวัตถุก่อกำเนิดดาวเคราะห์ต่างๆ ในช่วงเวลาต่างๆ ได้อย่างไร ในที่สุดก็สร้างดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่ได้เช่นโลก"

ทฤษฎีของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าวัสดุที่เป็นวัตถุดิบสำหรับโลกเติบโตอย่างรวดเร็วรอบ ๆ ตัวอ่อนของดาวเคราะห์ขนาดดวงจันทร์และดาวอังคาร ก่อนที่พวกเขาจะเสร็จสิ้นกระบวนการสร้างความแตกต่างในการจัดเรียงไอโลหะ-ซิลิเกต-ก๊าซที่คุ้นเคย

โดยทั่วไป พวกเขาประเมินตัวอ่อนที่ก่อตัวขึ้นภายใน 1-2 ล้านปีนับจากจุดเริ่มต้นของระบบสุริยะ ซึ่งเร็วกว่าเวลาที่พวกมันใช้ในการแยกความแตกต่างอย่างสิ้นเชิง หากอัตราการสร้างความแตกต่างเร็วกว่าอัตราการเพิ่มตัวของตัวอ่อนเหล่านี้ ดาวเคราะห์หินที่ก่อตัวจากพวกมันจะไม่สามารถเพิ่มไนโตรเจนได้เพียงพอ และมีแนวโน้มว่าจะมีสารระเหยอื่นๆ ซึ่งมีความสำคัญต่อสภาวะการพัฒนาที่สนับสนุนชีวิต

"การคำนวณของเราแสดงให้เห็นว่าการก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลกผ่านตัวอ่อนของดาวเคราะห์ที่เติบโตอย่างรวดเร็วมากก่อนที่จะเกิดความแตกต่างของโลหะและซิลิเกตทำให้เกิดเส้นทางที่ไม่เหมือนใครเพื่อตอบสนองงบประมาณไนโตรเจนของโลก" Dasgupta ผู้ตรวจสอบหลักของ CLEVER Planets ซึ่งเป็นความร่วมมือที่ได้รับทุนจาก NASA กล่าว โครงการสำรวจว่าองค์ประกอบที่จำเป็นต่อชีวิตอาจมารวมกันบนดาวเคราะห์หินในระบบสุริยะของเราหรือบนดาวเคราะห์นอกระบบที่เป็นหินที่อยู่ห่างไกล

"งานนี้แสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์กันของไนโตรเจนกับของเหลวโลหะที่สร้างแกนมากกว่าที่เคยคิดไว้" เขากล่าว

การศึกษาติดตามผลงานก่อนหน้านี้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลกระทบของวัตถุที่ก่อตัวดวงจันทร์อาจทำให้โลกมีเนื้อหาผันผวนได้มาก และอีกเรื่องหนึ่งชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์ได้รับไนโตรเจนจากแหล่งในท้องถิ่นในระบบสุริยะมากกว่าที่เคยเชื่อ

ในการศึกษาครั้งหลังนี้ Grewal กล่าวว่า "เราแสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์กำเนิดที่เติบโตทั้งในบริเวณด้านในและด้านนอกของระบบสุริยะเพิ่มไนโตรเจน และโลกก็สร้างไนโตรเจนด้วยการเพิ่มมวลของดาวเคราะห์น้อยจากทั้งสองภูมิภาคนี้ อย่างไรก็ตาม ยังไม่ทราบแน่ชัดว่า ตั้งงบประมาณไนโตรเจนของโลก"

Dasgupta กล่าวว่า "เรากำลังเรียกร้องครั้งใหญ่ที่จะไปไกลกว่าแค่หัวข้อต้นกำเนิดของธาตุที่ระเหยได้และไนโตรเจน และจะส่งผลกระทบต่อภาคตัดขวางของชุมชนวิทยาศาสตร์ที่สนใจเรื่องการก่อตัวและการเติบโตของดาวเคราะห์"