科普:HED隕石研究揭示灶神星複雜地質演化過程
2020-12-06 星石空間站歡迎各位朋友們來到 星石空間站 ，本次星際知識之旅將為您講述HED隕石研究揭示灶神星內部複雜地質過程。
一、概述
HED隕石又稱灶神星隕石，屬於無球粒隕石。
隕石分類表HED隕石的「HED」是三種無球粒隕石類型第一個字母的總合，即：古銅鈣無粒隕石（Howardites）、鈣長輝長無粒隕石（Eucrites）、古銅無球隕石（Diogenites）。HED隕石屬於所有隕石類型中較為稀少珍貴的類型之一。
鈣長輝長無球粒隕石二、發現數量
截止2020年12月1日，全球發現並國際命名的隕石（包括南極隕石）共有72445個，其中HED隕石僅有2343個，僅佔隕石總數的3.234% ，數量十分稀少。
鈣長輝長無球粒隕石切片三、灶神星
灶神星（Vesta），是太陽系主小行星帶的一顆小行星，由德國天文學家奧伯斯於1807年3月29日發現。也是人類發現的第四顆小行星，因此也稱為「第4號小行星」。
灶神星是目前已知太陽系內質量第二大的原行星。
原行星，指星子之間由於重力吸引並相互撞擊熔融形成的行星胚胎。一般認為內太陽系中的類地行星都是在原行星的基礎上進一步生長形成的。灶神星是一顆由於木星引力作用沒有成功形成大行星的行星胚胎。
灶神星（「黎明號」探測器拍攝）四、HED隕石如何確認來自灶神星？
美國的「黎明號」探測器於2011年7月到2012年9月對灶神星進行了探測，發現灶神星是一顆具有核-幔-殼結構俱全的小行星。
HED隕石巖石學屬於玄武質(巖漿)無球粒隕石是完全熔融的產物，代表玄武質巖漿形成的火山巖和深成巖。它們通常被放在一起研究小行星玄武巖的成分。HED隕石通過大量科學分析與認為來自灶神星。因為灶神星不尋常的玄武巖成分，尤其是其光譜和HED隕石完全吻合。放射線同位素測定這些隕石結晶體的年齡都在44.3和45.5億年之間。
NWA 12227（How. ）五、形成過程
巖石碎片經過如下的途徑由灶神星來到地球：
灶神星被撞擊拋射出碎片，產生直徑10公裡或更小的V-型小行星碎片。無論拋出的是大的小行星，或成為小的碎片，其中一些小的小行星組成了灶神星族，其他的則進一步的散射至各處。這些事件被認為發生不超過10億年，其中有一次巨大的撞擊，在南半球的巨大隕石坑是這個撞擊點位置的最佳證據。而且需要多次的撞擊，拋射出的巖石才能達到我們已知的V-型小行星數量。
國際命名：NWA1929（How.）有些小行星的碎片經歷漫長的旅程進入3：1的柯克伍德空隙。由於木星強大的攝動，這是一個不穩定的區間，在這兒的小行星大約經過100萬年的時間就會被拋出，遠離到不同的軌道上。有些受到攝動後進入到接近地球的軌道，形成小的V-型近地小行星，例如（3551）Verenia、（3908）Nyx、和（4055）麥哲倫。
國際命名NWA8266（Euc. ）然後發生在這些接近地球天體上的較小型撞擊，將她們擊碎成隕石體大小的石塊，其中一些在稍後抵達地球。根據宇宙射線暴露的測量，認為多數的HED隕石來自幾次不同型態的撞擊事件，並且在太空中經歷600～7,300萬年的時間才撞擊到地球。
國際命名NWA11803（Euc.）六.NWA 8321隕石揭示灶神星地質演化
灶神星直徑約為地球的1/25，通常認為灶神星在固結之後便處於死亡狀態，其內部因為缺乏足夠的熱應該不會有地質活動了。
但是，今年南京大學的張愛鋮教授和合作者在Nature Communications雜誌發表研究文章，發現了灶神星內部在固結後仍可能存在複雜地質活動的新證據。行星科學和地球科學研究的一個很大不同就是很難對地外天體進行野外採樣。
張愛鋮教授團隊通過研究在西北非洲發現的一顆隕石，國際命名：Northwest Africa 8321，簡稱：NWA 8321。
NWA8321隕石——國際隕石資料庫NWA 8321是一塊主要由斜方輝石和斜長石組成的巖石，含有少量的橄欖石、鉻鐵礦、硫化物等礦物組成。
根據礦物組合和斜方輝石的成分特徵將該隕石分類為Diogenite隕石，與Eucrite隕石、Howardite隕石一起被認為是來自於灶神星的隕石，主要依據是這類隕石和灶神星表面物質反射光譜特徵非常相似，吻合。
團的研究發現這塊隕石有三個特徵不同於大部分Diogenite隕石：
（1）NWA 8321隕石是非角礫巖隕石，大部分Diogenite隕石是角礫巖（不同礦物或者巖石碎塊的混合體）；
（2）這塊隕石含有>10 vol%斜長石，而大部分Diogenite隕石不含斜長石或者含量極低；
（3）NWA 8321隕石中硫化物呈聚集分布的特徵。因為這些特徵，NWA 8321隕石顯得很異類。
國際命名NWA8321（Dio. ）為了確證這塊隕石屬於Diogenite隕石，張愛鋮教授和鮑惠銘教授（路易斯安那州立大學/南京大學）與秦禮萍教授（中國科學技術大學）合作，對NWA 8321進行了高精度三氧同位素和鉻同位素分析。他們發現這塊隕石的穩定同位素組成與其他灶神星隕石一致，應該來自於同一個小行星——灶神星。
國際命名：NWA3074（Euc.）電子顯微鏡觀察發現NWA 8321隕石中的硫化物是隕硫鐵，它與一種細粒斜方輝石緊密共生，包裹橄欖石和或者穿插在橄欖石中。這種細粒斜方輝石中Ca，Al，Cr和稀土元素含量明顯低於隕石主體中的斜方輝石。
根據這些巖相學和礦物化學特徵，張愛鋮教授提出這是富硫的蒸汽與橄欖石發生交代反應的結果。
曾經有國外學者在角礫巖型的灶神星隕石中觀察到類似現象，並提出這可能是撞擊事件導致熔融重新結晶的結果。但是這種觀點無法解釋兩種斜方輝石成分的差異。由於NWA 8321隕石具有粗粒結構，並沒有撞擊熔融重新結晶的巖石結構，因此，硫化交代成因是這種現象最合理的解釋。
NWA 8321隕石中隕硫鐵和斜方輝石交代橄欖石的巖相學特徵
NWA 8321中輝石的成分特徵以及和文獻中其他Diogenite隕石中輝石成分的對比
觀察到與隕硫鐵和細粒斜方輝石緊密相關的橄欖石顆粒很多被隕石中的粗粒斜方輝石包裹。這是非常重要的觀察事實，因為很多之前在灶神星隕石中觀察到的隕硫鐵和斜方輝石共生結構都是巖石碎塊的形式出現。
NWA 8321隕石中的礦物包裹關係說明了橄欖石的硫化交代反應需要發生在粗粒斜方輝石形成之前，只能是發生在灶神星的內部，不會是灶神星的表面或者表層。
結合隕石主體礦物平衡溫度和結晶壓力計算，研究人員估計橄欖石的硫化交代反應至少發生在灶神星表面10 km以下或者更深的位置。
不同壓力下礦物結晶順序和礦物組合的Rhyolite-MELTS模擬計算結果
在小行星內部發生硫化交代作用是出乎意料之外的，突破了科學家對灶神星內部演化的傳統認識。
這種過程在灶神星內部的存在表明其他類似或者稍小的原行星中也可能存在類似硫化交代作用，因此該發現為研究原行星和行星早期內部地質過程。
國際命名NWA11803（Euc.）本次科普內容就和您分享到這裡，歡迎您在下方評論區發表您的寶貴意見和觀點。更多內容小編將持續為您更新，感謝朋友們的支持！（原創文章，僅代表個人觀點）
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