隕石里的秘密

重點(diǎn)提要

■球粒隕石的組成物質(zhì)和形成行星、衛(wèi)星、小行星以及彗星的來(lái)源相同。每個(gè)類型的球粒隕石群組各有其獨(dú)特的質(zhì)地以及成分特征。

■根據(jù)這些特性，科學(xué)家大致推斷出了各類球粒隕石的形成位置，以及在這些不同區(qū)域的相對(duì)塵埃豐度。

■塵埃的分布情形，類似于許多金牛座T型星周遭所環(huán)繞著的、由塵埃和氣體組成的原行星盤(pán)。這類恒星是年輕版的太陽(yáng)，年齡為100萬(wàn)～200萬(wàn)歲。這樣的相似度說(shuō)明，我們可以通過(guò)金牛座T型星的系統(tǒng)，來(lái)深入探究太陽(yáng)系早期階段的太陽(yáng)和盤(pán)面。

我同情天文學(xué)家。無(wú)論是通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕上的影像，或是冷冰冰的光譜儀處理過(guò)的光波，都只能遠(yuǎn)遠(yuǎn)地觀察他們所熱愛(ài)的恒星、星系和類星體。而我們這些研究行星與小行星的，卻常?？梢杂H手撫觸心愛(ài)的天體，探索它們最深層的秘密。大學(xué)時(shí)我主修天文學(xué)，曾經(jīng)在許多個(gè)寒冷的夜晚，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀看星團(tuán)和星云，所以我可以作證：手上拿著小行星的碎片能在情感上獲得更大的慰藉，讓我們與看似遙遠(yuǎn)抽象的一切有了真實(shí)的聯(lián)系。

最吸引我的小行星碎片是球粒隕石，自太空墜落的隕石中有超過(guò)80%屬于此類。因?yàn)槠鋬?nèi)部含有球粒，也就是曾經(jīng)熔融的物質(zhì)所形成的小球，通常比米粒還小，所以被命名為球粒隕石。這種隕石在太陽(yáng)系早期小行星成形前就已存在。在顯微鏡下觀察球粒隕石的薄片，看來(lái)是如此美麗，絲毫不遜于康丁斯基等抽象藝術(shù)家的創(chuàng)作。

球粒隕石是科學(xué)家所碰觸過(guò)的最古老的巖石，放射性定年結(jié)果可追溯到45億年前，那時(shí)行星還未形成，太陽(yáng)系還只是一團(tuán)處處充滿擾動(dòng)，由氣體與塵埃構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，天文學(xué)家稱之為太陽(yáng)星云。球粒隕石的年齡與成分顯示，它們與行星、衛(wèi)星、小行星和彗星一樣，都形成自太陽(yáng)系的初始物質(zhì)。大多數(shù)研究人員相信，球粒的形成是因?yàn)楦吣芰渴垢缓璧膲m埃團(tuán)塊熔化成許多液滴，這些液滴迅速凝固并且附著在塵埃、金屬及其他物質(zhì)上形成球粒，后來(lái)聚集形成小行星。小行星間的高速撞擊使它們碎裂，最后有些殘骸就掉到地球上成為隕石。這些隕石吸引我的并不只是美麗的外觀，而是它們可是太陽(yáng)系誕生95d1a75dc1a890398f7c77e76f4ab766f42865077bb72e6b6b99177193bf5c09時(shí)遺留下的化石，可以為探索地球形成時(shí)的狀態(tài)提供很重要的線索。

然而就如同人類學(xué)家所知，發(fā)現(xiàn)化石只是重建歷史的第一步，還必須把來(lái)龍去脈交代清楚。不過(guò)要推斷不同球粒隕石的來(lái)源和誕生環(huán)境是有困難的，因?yàn)閷?duì)于這些巖石的詳細(xì)構(gòu)造，我們掌握的資料少得可憐。我在幾年前針對(duì)球粒隕石的物理性質(zhì)做了一次系統(tǒng)的全面檢視，填補(bǔ)了許多關(guān)鍵性的空缺。根據(jù)這些資料，我建立了一個(gè)大致的圖像，來(lái)描述球粒隕石所源自的古老星云的構(gòu)造。

雖然只是粗略的圖像，但值得注意的是，圖像中的塵埃分布情形，與某些金牛座T型星的恒星系統(tǒng)相似。金牛座T型星有不尋常的亮度變化，而且有厚重的大氣籠罩，因此被認(rèn)為是年輕的恒星（或主序前星），多數(shù)有塵埃盤(pán)環(huán)繞。太陽(yáng)星云的塵埃圖像與許多金牛座T型星系統(tǒng)的構(gòu)造吻合，這一結(jié)果支持一個(gè)說(shuō)法，那就是太陽(yáng)系這類行星系統(tǒng)的前身就是金牛座T型星系統(tǒng)。因此，球粒隕石不但讓我們可以深入推測(cè)太陽(yáng)系的過(guò)去，也提供了對(duì)銀河系其他年輕恒星系統(tǒng)的深入了解。同樣，當(dāng)科學(xué)家探究這些系統(tǒng)的物理性質(zhì)時(shí)，也會(huì)對(duì)太陽(yáng)系小行星和行星的形成過(guò)程有更多的了解。

想通過(guò)分析球粒隕石來(lái)探索太陽(yáng)系的原始樣貌，行星科學(xué)家首先得準(zhǔn)確地衡量巖石的屬性。研究人員把球粒隕石分成12個(gè)基本類型，所依據(jù)的特性有：整體的化學(xué)組成、混合的同位素（質(zhì)子數(shù)相同但中子數(shù)不同的元素）、球粒的大小、數(shù)量及類型，以及緊密包覆著球粒與其他物質(zhì)的塵?；|(zhì)的多寡。因?yàn)槊總€(gè)類型的球粒隕石都有不同的物理、化學(xué)與同位素特性，因此一定來(lái)自不同的小行星。為了解釋不同類型的球粒隕石最初是如何形成的，研究人員構(gòu)建出許多富有想象力的模型，其中牽涉到氣體擾動(dòng)、磁場(chǎng)以及落入星云中央盤(pán)面的粒子的速度等。然而，最后往往得到一個(gè)模糊的結(jié)論，那就是各種球粒隕石是在“不同情況”下形成的。

因?yàn)橄Ｍ梢愿_切地掌握到底是什么樣的“不同情況”，我從2009年開(kāi)始埋首大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，想要建立一個(gè)表格，列出球粒隕石主要類型的必要特性。一旦我手上有這樣的表格，就能找出每種特性之間的相關(guān)性，或許能揭示每個(gè)類型的歷史。但結(jié)果是，我所建立的表格中有超過(guò)一半是空格，看來(lái)有興趣搜集這類資料的研究人員并不多。

于是唯一的選擇就是，我自己來(lái)。為了完成這個(gè)目標(biāo)，我把自己定在顯微鏡前，檢視了分屬不同類型的53個(gè)球粒隕石共91片的巖石薄片。在厚度僅30微米的薄片中，許多礦物變得能夠透光，于是我們得以研究它們的光學(xué)性質(zhì)。從這些樣本中我們可以看到，球粒有各式各樣的大小、形狀、質(zhì)地和顏色。分析數(shù)千個(gè)球?？隙ㄊ呛軣┈嵉墓ぷ?，但是這個(gè)在“顯微天文學(xué)”上的堅(jiān)持，讓我在短短幾個(gè)月內(nèi)把表格填滿了。我的發(fā)現(xiàn)并不能完全解決“不同情況”的難題，但是這個(gè)結(jié)果確實(shí)能夠更廣泛、更完善地解釋不同類型的球粒隕石來(lái)自太陽(yáng)星云的何處，以及它們的局部環(huán)境如何。

首先來(lái)看一種較少見(jiàn)的種類——頑火輝石球粒隕石，僅占地球上發(fā)現(xiàn)的球粒隕石的2%。這些隕石通常是根據(jù)含量最多的礦物——頑火輝石——來(lái)命名的，而且該礦物有兩種形式，依據(jù)含鐵量的高低分別標(biāo)示為EH和EL。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些球粒隕石中含有豐富的氮、氧、鈦、鉻、鎳的特定同位素，與地球及火星相似，因此他們推論頑火輝石球粒隕石可能形成于火星軌道以內(nèi)，與其他球粒隕石類型被推論出的生成地點(diǎn)相比，顯然比較靠近太陽(yáng)。

第二種被稱為普通球粒隕石，共有三個(gè)不同但密切相關(guān)的群組，依照鐵的含量和形式分別標(biāo)示為H、L和LL?！捌胀ā敝傅氖浅霈F(xiàn)頻率，它們共占所發(fā)現(xiàn)隕石的74%。這三類隕石如此多的數(shù)量，顯示出它們?cè)谔?yáng)系中形成區(qū)域所受的重力，會(huì)傾向于把隕石丟到地球上來(lái)。

美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的華生曾經(jīng)提出，普通球粒隕石來(lái)自小行星帶（位于火星與木星軌道之間）中心朝向太陽(yáng)的一側(cè)。小行星帶與太陽(yáng)的距離大約是地球與太陽(yáng)距離的2.5倍，也就是2.5天文單位，12年會(huì)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)三圈，而木星距離太陽(yáng)5.2天文單位，12年繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)一圈。這樣的共振表示，木星的巨大重力會(huì)經(jīng)常拉扯這些小行星，把許多小行星拉到內(nèi)太陽(yáng)系。瑞典的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有數(shù)十個(gè)普通球粒隕石存在于年齡4.7億年的巖石內(nèi)。這個(gè)跡象顯示。在地球46億年的歷史中，有超過(guò)1/10的歲月承受著球粒隕石的攻擊。