50亿年前,分子云核的引力坍塌,太阳系得以诞生

2020-01-23 22:38栏目:科技中心

地球陨石或起源于土星附近 最新研究为阐明早期太阳系混乱现象提供证据

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陨石和类地行星的同位素组成,为太阳系最早的历史和行星形成过程提供了重要线索。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家和明斯特大学合作者回顾了近年来的研究,这些研究表明陨石如何在非碳质(NC)和碳质群之间表现出基本的同位素二分法,这两种群最有可能代表来自太阳系内外的物质,其项研究成果发表在《自然天文学》期刊上。

陨石表明,一颗元木星将太阳系尘埃盘中的两类小行星分开。

50亿年前,由于分子云核的引力坍塌而形成太阳系,形成了一个由气体和尘埃组成环绕太阳的圆盘。这个圆盘最终被改造成一个行星系统,由一个单一的中心恒星太阳组成,周围环绕着内太阳系的四颗类地行星,外太阳系中的四颗巨大行星超出了“雪线”,以及许多较小的天体,包括小行星、卫星、矮行星和彗星。主要作者LLNL宇宙化学家托马斯·克鲁耶(Thomas Kruijer)说:

图片来源:ESO/L.CALÇADA

为了了解太阳系是如何向现在的形态演化,太阳系历史早期阶段发生的事件和过程,必须以非常高的时间和空间分辨率重建。虽然天文观测和动力学建模提供了对原行星盘的结构和动力学以及行星吸积过程的基本见解,但对陨石的研究使天文学家能够以前所未有的时间和空间分辨率重建太阳系的最早历史。同位素比值测量精度方面的最新分析进展,不仅有可能以百万年以下的精度测定陨石年代,而且还有可能识别出不同的核合成同位素特征。

理论家认为,今天壮观的太阳系在其最初的几百万年里曾是一片混乱——当巨行星远离其现有轨道时诱发了混乱。但确凿的证据一直很单薄,直到现在。

这使得科学家可以识别行星物质之间的“遗传”联系,并有助于限制给定陨石起源的区域。大多数陨石来自位于火星和木星之间主要小行星带的小行星,传统上被视为今天发现它们的地方,形成的天体的样本。然而,随着在NC和CC陨石核合成同位素特征中观察到基本二分法的发现,这种观点发生了戏剧性的变化。这一发现,再加上陨石母体精确年代学的建立,使得流星约束能够整合到原行星盘演化和行星形成的大规模模型中。

最近,科学家发现了洞察这种早期动力学的新窗口:在几十种陨石中存在的奇怪的化学成分差异。这一观点在若干年前便被提出,但在日前于美国得克萨斯州举行的月球和行星科学会议上,一个由德国地球化学家组成的团队报告了可靠证据。主导此项研究的明斯特大学地球化学家Thorsten Kleine介绍说,他们测试了32种代表了几乎所有已知类型的陨石,发现“无论你拥有哪种陨石,它都属于被测试陨石中的某个类型”。

非碳-碳质陨石的二分法

不同的化学成分揭示了小行星独特的起源故事。一种陨石形成于小行星带现有位置附近,其他类型的陨石在超越了原木星的更远地方(靠近今天的土星运转的轨道)合并。只是到了后来,这些“移民”小行星在“游荡”的巨行星的推拉下,在今天的小行星带上找到了它们的家。位于科罗拉多州博尔德市的西南研究院行星动力学家Bill Bottke认为,化学成分差异还为确定行星形成时间提供了其他线索。“对于了解太阳系来说,它是一种强大的机制。”

核合成同位素异常是由于太阳系太阳系中,不同恒星来源的物质在太阳系中分布不均而产生。从对原始陨石中包含太阳系前颗粒的分析中可以明显看出,太阳系的分子云由同位素成分变化很大的物质组成。虽然太阳系母分子云和/或原行星盘周围的过程相对较好地使这些物质均匀化,但在陨石成分、大块陨石和行星的尺度上进行了取样,存在着很小的不均匀性。

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