太陽系最複雜的小行星：既融化又未融化，還有液態金屬核和磁場
2020-07-27 博科園大多數墜落在地球上的隕石都是行星體的碎片，行星體是太陽系中最早的原行星體。科學家們認為，這些原始行星體要麼在其歷史早期就完全融化了，要麼作為一堆未融化的碎石留了下來。但自從20世紀60年代發現隕石以來，一個隕石家族就讓研究人員感到困惑。在世界各地發現的各種碎片似乎都是從同一個原始天體上分離出來的，然而這些隕石的組成表明：
它們的母體一定是一個既融化又未融化令人費解的嵌合體。現在，麻省理工學院等科學家已經確定，這些稀有隕石的母體確實是一個多層、有差異的物體，很可能有一個液態金屬核心。這個核心足夠強大，足以產生一個可能和地球磁場一樣的磁場。其研究成果發表在《科學進展》期刊上，表明太陽系中最早天體的多樣性，可能比科學家們想像的要複雜得多。
該研究的主要作者、麻省理工學院地球、大氣和行星科學系(EAPS)的研究生克拉拉·莫雷爾(Clara Maurel)說：這是小行星有融化和未融化層的一個例子，它鼓勵人們尋找更多複合行星結構的證據。了解從未融化到完全融化各種結構的全光譜，是破譯早期太陽系中行星體如何形成的關鍵。Maurel的合著者包括EAPS教授Benjamin Weiss，以及牛津大學、劍橋大學、芝加哥大學、勞倫斯·伯克利國家實驗室和西南研究所的合作者。
奇怪的隕石
太陽系大約形成於50億年前，由超熱的氣體和塵埃組成。當這個圓盤逐漸冷卻時，物質的碎片相互碰撞並合併，形成越來越大的天體，如行星體。大多數墜落到地球上的隕石成分表明，它們來自早期的小行星，它們有兩種類型：熔化的和未熔化的。科學家們認為，在太陽系演化的早期，這兩種類型的天體在不到幾百萬年的時間裡形成得相對較快。如果一個小行星形成於太陽系的前150萬年：
短暫的放射性元素可能已經使其完全熔化了，因為放射性元素的衰變釋放了熱量。未融化的行星體可能形成較晚，當時它們的物質含有較少放射性元素，不足以融化。在隕石記錄中，除了一種罕見的IIE鐵隕石家族外，幾乎沒有證據表明中間物體同時含有熔化和未熔化的成分。這些IIE鐵隕石是奇怪的隕石，它們既顯示了來自從未融化的原始物體證據，也顯示了來自完全或至少實質融化的物體證據。
科學家們之前已經發現，融化和未融化的IIE隕石都起源於同一顆古老的小行星，這顆小行星很可能像地球一樣，在液態地幔上覆蓋著一個固體地殼。所以想知道，這顆小行星是否也可能藏匿著一個金屬熔化的核心。這個物體是否熔化到足以使物質下沉到中心，形成一個像地球一樣的金屬核心？這是這些隕石故事中缺失的一部分。研究小組推斷，如果這顆小行星確實擁有一個金屬核心：
實物樣本分析
它很可能會產生一個磁場，類似於地球上攪動的液體核心產生磁場的方式。這樣一個古老的磁場可能會導致小行星礦物指向磁場的方向，就像指南針上的針一樣，某些礦物可能在數十億年內保持了這種排列。那麼是否可以在墜落到地球上的IIE隕石樣本中找到這種礦物呢？研究人員獲得了兩塊隕石，並對其進行了分析，以尋找一種以其特殊的磁記錄性能而聞名的鐵鎳礦物。
研究小組使用勞倫斯伯克利國家實驗室的先進光源對樣品進行了分析，這種光源產生的X射線可以與納米級的礦物顆粒相互作用，這種方式可以揭示礦物的磁性方向。果不其然，許多顆粒內的電子排列在一個相似方向上，研究證據表明：母體產生了磁場，可能高達幾十微特斯拉，大約相當於地球磁場的強度。在排除了不太可信的來源後，研究小組得出結論，磁場最有可能是由液態金屬核產生。
要產生這樣的磁場，估計核心必須至少有幾十公裡寬。這種混合成分的複雜行星體（既以液態核和地幔的形式熔化，又以固體地殼的形式未熔化）很可能需要數百萬年的時間才能形成，這一形成時間比科學家假設的要長。但是這些隕石是從母體內部哪裡來的呢？如果磁場是由母體的核心產生，這將意味著最終落到地球上的碎片不可能來自核心本身。這是因為液核只在攪拌和加熱時才會產生磁場，任何可以記錄古磁場的礦物，一定是在地核本身完全冷卻之前在地核之外記錄的。
最複雜的小行星
與芝加哥大學的合作者合作，研究團隊對這些隕石的各種形成場景進行了高速模擬。模擬研究表明，一個擁有液態金屬核的天體有可能與另一個物體相撞，並在這種撞擊下將物質從核心中剝離出來。然後，這些物質會遷移到靠近隕石發源地表面的口袋裡。當星體冷卻時，這些口袋裡的隕石會在礦物中留下這個磁場。在某個時候，磁場會衰減，但印記會保留下來。然後，這個天體將經歷許多其他碰撞，直到將這些隕石置於地球軌道上的最終碰撞。
這個如此複雜的小行星，也許是太陽系中最複雜的小行星之一，究竟是早期太陽系中的異常值，還是眾多如此差異化的天體中的一個呢？答案可能在於小行星帶，這是一個居住著太陽系原始遺蹟的地區。小行星帶中的大多數天體表面看起來都沒有融化，如果科學家們能最終能夠看到小行星內部，將會會測試這個想法。也許有些小行星在內部融化了，也許像這樣的小行星實際上是很常見。
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