长期以来，科学界普遍认为地球在形成过程中，曾与太阳系外部区域进行过物质交换。这一理论对于解释地球如何获取水等挥发性物质至关重要，意味着在地球形成期间，物质必须在太阳系内外区域之间移动。然而，一项最新研究对这一传统认知提出了严峻挑战。

“我们对此结果感到非常震惊”

瑞士苏黎世联邦理工学院的行星科学家Paolo Sossi和Dan Bower团队，对包括来自火星和灶神星的陨石样本在内的广泛陨石同位素比率现有测量数据，与地球的同位素组成进行了细致比较。同位素是同一元素的“兄弟”原子，它们拥有相同数量的质子，但中子数量不同，因此质量各异。

研究人员采用了一种全新的数据分析方法，得出了一个令人震惊的结论：他们的结果表明，构成地球的物质完全来源于内太阳系。来自外太阳系的物质似乎仅占地球总质量的不到2%，甚至可能完全没有贡献。这项突破性研究已发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）期刊上。

Sossi表示：“我们的计算结果清晰表明：地球的构成物质来自单一的物质储库。”他的同事Bower补充道：“我们非常震惊地发现，地球完全由内太阳系的物质组成，与任何现有陨石的组合都不同。”

苏黎世联邦理工学院团队的分析基于对陨石中发现的十种不同同位素系统的现有测量数据。此前的大多数研究通常只关注两种同位素系统，而本次研究的广度显著提升了结论的可靠性。

Sossi指出：“我们的研究实际上是数据科学实验。我们进行了地球化学领域中鲜少使用的统计计算，尽管它们是非常强大的工具。”

陨石同位素揭示地球起源

几十年来，科学家一直利用陨石中的同位素来追溯天体的形成地点，包括它们来自太阳系的哪个区域。然而，多年来，氧同位素一直是识别其起源的主要工具。

这一局面在21世纪10年代初发生了改变，当时一位美国研究人员发现，其他元素的同位素，包括铬和钛，也能揭示陨石的形成地点。这一发现使得科学家能够将陨石分为两大类：非碳质陨石（Non-carbonaceous meteorites）完全形成于内太阳系；碳质陨石（Carbonaceous meteorites）含有更多的水和碳，起源于外太阳系。

根据这项新分析，地球完全由非碳质物质构成。研究人员没有发现任何证据支持此前提出的内外太阳系物质储库之间存在交换的理论。这表明地球在一个相对稳定的环境中成长，在发展过程中逐渐吸纳了附近较小的行星体。这也意味着，包括水在内的大部分挥发性物质，必须已经存在于内太阳系。

木星可能分隔了太阳系

那么，年轻的太阳系为何会形成两个截然不同的物质储库呢？科学家们认为，木星可能扮演了关键角色。随着这颗气态巨行星的迅速成长，其巨大的引力在环绕年轻太阳的原行星盘中开辟出了一道缝隙。这些盘呈环状，由气体和尘埃组成，是行星的诞生地。

木星似乎充当了屏障，限制了外太阳系物质向内区域的移动。然而，直到现在，科学家们尚不清楚这个屏障的有效性究竟如何。新的分析表明，极少量的来自木星以外的物质曾到达地球形成的区域。

Bower强调：“我们的计算非常稳健，完全依赖于数据本身，而非物理假设，因为这些假设尚未被完全理解。”研究结果还显示，地球的物质组成与火星和灶神星的组成相似。

水星和金星可能遵循相同模式

研究人员推测，水星和金星可能与地球、火星和灶神星遵循相同的模式。Paolo Sossi表示：“根据我们的分析，我们可以理论上预测这两颗行星的组成。”然而，目前这一预测无法直接验证。科学家们目前还没有来自水星或金星（离太阳最近的两颗行星）的岩石样本，无法以同样的方式进行分析。

关于地球水资源的新谜团

Sossi说：“我们的研究结果为地球和其他岩石行星的形成历史提供了新的视角。”这些发现也提出了一个重大的新问题：如果地球没有从外太阳系获得大量富含水的物质，那么科学家们必须解释，在炎热的内太阳系中，如何能存在足够的水最终形成地球的海洋。

Sossi和他的团队计划下一步研究这个问题。他们还希望确定类似的形成过程是否可能发生在其他恒星周围的行星系统中。Sossi总结道：“然而，在此之前，Dan和我将不得不就地球及其邻近行星的物质组成进行许多激烈的辩论，因为尽管有了这些新发现，关于地球构成要素的科学讨论远未结束。”