深度凍結數十億年的彗星樣本,可以解開地球與早期太陽系關係?

2020-12-05 環球科學貓

作者:文/虞子期

有一塊被稱為石質隕石的太空巖石,同時,它也是一塊由灰塵和冰組成的彗星(富含碳的塵埃粒子和彗星中的很相似)。南極洲的LaPaz冰原是探索者們尋找太空巖石的熱門地點,這一次被發現的隕石撞擊地點也在此處。科學家們了解到,該隕石中嵌入了富含碳的碎片,可以通過薄片照射偏振光來看到隕石的顏色。這個奇怪的新發現,讓我們對早期太陽系的看法有了新的扭曲。基於該研究的論文已在Nature Astronomy上發表,這對了解早期太陽系的化學反應起到了很好的幫助作用,深度凍結數十億年的彗星樣本,或可以揭示了地球和早期太陽系的關鍵信息。

關於彗星和隕石母體的起源

不知道你有沒有意識到,這是一個很有意識的新發現。對於彗星和隕石母體(小行星)而言,雖然這兩種類型的小世界都可以從年輕的太陽系(大約45億年前)中獲得大量塵埃和氣體,但他們很可能起源於太陽系的兩個完全不同的區域。冰在那裡,遠離了太陽的熱量,彗星的形成更傾向於在太陽系中很遠的位置;而隕石母體則不同,它是由非常堅韌的東西組成,幾乎可以在任何地方具備形成自己的條件。

對於科學家而言,這一定是生活中最激動人心的時刻之一,因為他們正在尋找的便是非常罕見的東西。當隕石撞擊地球的表面,隕石便會在較大的空間巖石中崩裂,而後穿越地球的大氣層。因為此時的它正在燃燒,通常會產生兩種結果,一種是被我們視為「浪漫之物」的流星,而另一種則是因為某個部分使它失效而被稱為隕石。對於大多數隕石材料而言,一般都會在自己被完全摧毀前燃燒殆盡。所以,對科學家們來說,彗星塵埃本身就是超級特殊的存在。

該隕石和早期太陽系有何關聯

科學家們對LaPaz隕石進行了詳細的分析,結果表明:這個塵埃碎片正是在太陽系歷史的早期所捕獲,時間大約是太陽形成後的300萬到350萬年之間。並且,通過元素和化學的進一步研究表明,這些塵埃粒子最可能來自的地方便是Kuiper Belt(柯伊伯帶),許多彗星都是來自這裡,這是一個冰冷物體的棲身之地,處在海王星的軌道之外。通過對這顆隕石的研究,早期太陽系的形成也有了一些有指向性的線索。比如說:因為它會從柯伊伯帶往木星的方向移動,同時在這裡形成了像LaPaz隕石母體那樣的隕石小行星(碳質),這顆塵埃粒子就是這樣從隕石的內部進入的。要知道,碳質球粒隕石是地球上最罕見的類型之一,並且形成於太陽系歷史的早期。

Larry Nittler(拉裡·尼特勒)是卡內基大學的宇宙化學家,也是這項研究的主要作者。他表示這顆彗星不受地球大氣層的破壞,因為它的構造材料樣本已經被小行星吞噬,並且,它也保存在了這顆隕石之中,正是它讓我們看到了自己無法親自看到的物質到達了地球的表面。當彗星的樣本越來越多,那我們對太陽系的歷史所掌握的資料往往也會相應的增加。韋斯特法爾表示,當我們在太陽系中的採樣越來越遠,收集到的材料也將越來越原始,彗星的取樣,本身就意味著得到了一個已經深度凍結46億年的樣本。

隕石襲擊地球是怎樣的頻率

通過科學家們的數據統計,每年落到地球上的隕石都達到了數以千計,重約一磅的量級。只是因為很多小石塊灑落在了無人居住的開闊海面和森林,所以很多事件都沒有被注意到。在我們自然空間中的碎片,大多都是小行星和彗星的巖石碎片,這樣的事件多久會發生一次?隕石事件大多都是無法提前預測,並且容易悄無聲息的發生。雖然每年都有成千上萬的小塊太空巖石被稱為隕石,但相對巨大的撞擊並不多見。只有當我們清楚地明白這些巖石塊來自哪裡,才能掌握隕石可能為地球帶來的影響到底有多大。

之所以天文學家們無法對隕石撞擊進行預測,其實是因為在外太空旅行的流星體本身太小,我們無法探測到它的行動軌跡。即使是太空中我們可以進行跟蹤的小行星,如果發生大型隕石事件也無法預測。但有一個數據可以讓我們之前的顧慮打消大半。其實,90%-95%的流星都無法在地球大氣層下降的環境下生存隕石。這是因為彗星本身就比一般的小行星更脆弱,而大多數的隕石卻都來自彗星。也就是說,只有更強的材料所製成的流星,才更有可能在偶然的情況下產生隕石。

雖然我們無法對隕石事件做到預測,但我們可以用幾種方式獲取到落到地球上的隕石有多少。比如,想要在地面找到隕石,我們可以把目的地鎖定為哈拉沙漠等無人居住的地區或南極洲的冰川,然後通過它們所經歷的風化量來確定日期。因為這些區域雖然經過了多年的時間衝刷,但實際上並沒有受到外界太大的幹擾。在這裡,可以為科學家們提供隕石的一個大概概念,也就是說在一個固定的期限裡,到底曾有多少隕石撞擊過地球。

隕石如何揭示地球的驚人之處

2017年1月25日,有科學家發表了兩項新的研究。該研究表明地球的主要組成本分是類似隕石的巖石,被叫做「頑火輝石球粒隕石」。地球並沒有發生大的突變走向終點,而是在形成的過程中逐漸得到了大部分的水。這兩項研究導致了一個讓人不安的結論產生,那就是我們之前所收集到的隕石,其實並不是地球勾踐塊的好例子。早在20世紀70年底啊,科學家們就已經知道:除了那些頑固的球粒隕石,大多數隕石和地球巖石的氧同位素豐都是有所不同的,因為它們的原子核中擁有不同中子數的相同元素變體。

之所以研究人員們需要使用基於不用隕石的地球形成模型,正式因為頑固隕石和地球巖石的元素組成不同。這些被稱為碳質球粒隕石的物體,富含低沸點化合物,它們容易揮發(比如:水)。研究得出:在地球形成歷史的後期,碳質 - 球粒隕石樣構造塊並不常見。地球上60%的增長可能導致了幾種不同隕石類型,而球粒隕石則是剩下40%的基本都來源;似頑輝石的巖石,可能主宰了地球晚期的吸積歷史;隨著行星的進化,頑固的球粒隕石在地球表面發生了變化。

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