科學(xué)家們相信太陽(yáng)系形成于46億年前，當(dāng)時(shí)一團(tuán)氣體和塵埃在重力作用下坍縮，很可能是由附近的一顆大質(zhì)量恒星或超新星的劇烈爆炸引發(fā)。當(dāng)這團(tuán)云坍縮時(shí)形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)，中心是太陽(yáng)。從那時(shí)起，科學(xué)家們就能夠逐步建立起太陽(yáng)系的形成。
現(xiàn)在新墨西哥大學(xué)、亞利桑那州立大學(xué)和美國(guó)國(guó)家航空航天局約翰遜航天中心的科學(xué)家們通過(guò)發(fā)現(xiàn)這顆古老的火成巖，又為這個(gè)謎題添上了一筆。這項(xiàng)研究今天（2018年8月2日）發(fā)表在《自然通訊》上，其項(xiàng)研究提供了直接證據(jù)，證明在類地行星形成之前的前1000萬(wàn)年，富含硅的化學(xué)演化地殼巖石在行星上形成，并幫助科學(xué)家進(jìn)一步了解行星形成的復(fù)雜性。
博科園-科學(xué)科普：聯(lián)合國(guó)氣象研究所教授兼所長(zhǎng)Carl Agee說(shuō)：這顆隕石的年齡是有記錄以來(lái)最古老的火成巖，這不僅是一種非常不尋常的巖石類型，它還告訴我們并不是所有的小行星看起來(lái)都是一樣的。有些看起來(lái)就像地球的外殼，因?yàn)樗鼈冾伾軠\，充滿了SiO2。這些不僅存在，而且發(fā)生在太陽(yáng)系中最早的火山事件之一。當(dāng)研究生、主要作者Poorna Srinivasan問(wèn)Agee關(guān)于她的博士論文的想法時(shí)，這項(xiàng)研究開(kāi)始在UNM展開(kāi)。
在毛里塔尼亞的一個(gè)沙丘中，一位流浪者發(fā)現(xiàn)了一塊有待研究的地殼巖石，這是他從一個(gè)隕石商那里得到的。這塊石頭比大多數(shù)隕石的顏色都要淺一些，上面點(diǎn)綴著綠色的水晶和洞穴，周圍環(huán)繞著淬火熔體，把樣本給了斯里尼瓦桑，并開(kāi)始研究巖石的礦物學(xué)，西北非洲(NWA) 11119。在北卡羅萊納大學(xué)和美國(guó)宇航局約翰遜航天中心的設(shè)備上，使用電子微探針和CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)掃描，斯里尼瓦桑開(kāi)始檢查巖石的成分和礦物學(xué)。
斯里尼瓦桑開(kāi)始注意到NWA 11119的復(fù)雜之處，并注意到不尋常的淺綠色融合地殼，即富含硅礦物的無(wú)球粒隕石，它包含的信息大大擴(kuò)展了在太陽(yáng)系形成的頭350萬(wàn)年里火山巖石成分范圍內(nèi)的科學(xué)知識(shí)。這塊巖石的礦物學(xué)與以前研究過(guò)的任何東西都非常不同，查了礦物學(xué)，以了解構(gòu)成隕石的所有階段。首先看到的主要東西之一是三柱石的大型硅晶體，它類似于礦物石英。當(dāng)進(jìn)行進(jìn)一步的圖像分析以量化三疊紀(jì)的隕石時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)量是隕石總數(shù)的30%，這一數(shù)字在隕石中是聞所未聞的，而且只在地球上的某些火山巖中發(fā)現(xiàn)。
部分研究還包括試圖通過(guò)化學(xué)和同位素分析弄清楚隕石可能來(lái)自什么物體。利用與凱倫·齊格勒博士在紐約大學(xué)穩(wěn)定同位素中心(CSI)實(shí)驗(yàn)室合作完成的氧同位素，確定它肯定是外太空的。基于氧同位素，我們知道它來(lái)自太陽(yáng)系某個(gè)地方的外星源，但無(wú)法精確地確定它來(lái)自一個(gè)用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的已知天體。
然而，通過(guò)測(cè)量到的同位素值，能夠?qū)⑺c另外兩顆不同尋常的隕石(西北非洲7235和Almahata Sitta)聯(lián)系起來(lái)，這表明它們都來(lái)自同一個(gè)母體——可能是一個(gè)巨大的地質(zhì)復(fù)雜天體，形成于太陽(yáng)系早期。一種可能性是，這一母體由于與另一顆小行星或行星發(fā)生碰撞而受到破壞，其中一些噴射出來(lái)的碎片最終到達(dá)了地球的軌道，穿過(guò)大氣層，最后變成了地面上的隕石——以NWA 11119為例，在毛里塔尼亞，在過(guò)去一個(gè)未知的時(shí)間墜落。
圖片：CC0 Creative Commons
NWA11119、NWA 7235和Almahata Sitta的氧同位素都是一樣的，但是這塊石頭（NWA11119）和地球上發(fā)現(xiàn)的40000多顆隕石完全不同。此外，亞利桑那州立大學(xué)(Arizona State University)隕石研究中心(Center for Meteorite Studies)的同位素宇宙化學(xué)和地球年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室(ICGL)進(jìn)行了使用感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜的研究，以確定隕石的精確形成年齡。研究證實(shí)NWA 11119是最古老的火成巖。
合著者和ASU的隕石研究中心主任Meenakshi Wadhwa說(shuō)：這項(xiàng)研究的目的是了解異常富含硅的火成巖起源和形成時(shí)間。其他大多數(shù)已知的火成巖星形隕石都含有‘玄武巖’成分，它們的硅豐度要低得多——所以我們想知道這種獨(dú)特富含硅的隕石是如何以及何時(shí)在太陽(yáng)系早期一個(gè)小行星體地殼中形成。大多數(shù)隕石是由小行星在一個(gè)叫做小行星帶的區(qū)域內(nèi)圍繞太陽(yáng)運(yùn)行碰撞形成。小行星是太陽(yáng)系形成46億年前的遺跡。
古火成巖或無(wú)球粒隕石的化學(xué)成分范圍是了解行星構(gòu)造塊的多樣性和地球化學(xué)演化的關(guān)鍵。無(wú)球粒隕石記錄了火山作用和地殼形成的最初階段，大部分是玄武巖。合著者和ASU地球與空間探索學(xué)院的研究生丹尼爾·鄧?yán)照f(shuō)：被研究的隕石不同于任何其他已知的隕石，它擁有最豐富硅和最古老的(45.65億年)任何已知火成巖。像這樣的隕石是行星形成的前體，是太陽(yáng)系中巖石天體演化的關(guān)鍵一步。
這項(xiàng)研究對(duì)太陽(yáng)系早期形成的行星構(gòu)成至關(guān)重要，當(dāng)我們今天從太陽(yáng)系往外看時(shí)，看到了完全成形的天體、行星、小行星、彗星等等。然后好奇心總是驅(qū)使我們?nèi)?wèn)這個(gè)問(wèn)題：它們是如何形成的？地球是如何形成的？這基本上是我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的謎題的缺失部分，它將告訴我們這些火成巖過(guò)程就像小高爐一樣熔化巖石并處理所有太陽(yáng)系的固體，最終，這就是行星形成的方式。
博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn):《Nature Communications》｜研究/來(lái)自：新墨西哥大學(xué)，DOI: 10.1038/s41467-018-05501-0
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