星際塵埃礦物學研究現(xiàn)狀與進展

羅禹

摘 要：由于星際塵埃的廣泛存在和其在恒星與行星系統(tǒng)的形成、星系以及整個宇宙演化中的重要作用，星際塵埃的研究成為當今天體物理領域的熱點前沿課題。該文從塵埃與電磁場相互作用的觀測證據(jù)出發(fā)，系統(tǒng)地介紹了星際消光（包括吸收和散射）、星際紅外輻射、星際偏振等的研究現(xiàn)狀，討論了星際元素減損，以及行星際塵埃和隕石中的前太陽塵埃等問題。從相應的觀測證據(jù)中，可以得到關于星際塵埃的豐度、化學組成、尺寸和形狀的信息。該文還對當前星際礦物學研究進展進行概要性總結。

關鏈詞：天體物理學；星際塵埃；礦物學；綜述

塵埃礦物學與天體化學作為一門基礎性學科，在近十年迎來了一個最好的發(fā)展時期。一個關鍵的因素是我國在2004年啟動了月球探測的嫦娥工程。通過成功發(fā)射嫦娥一號、二號繞月衛(wèi)星，我國已完成了無人月球探測“繞、落、回”的第一步聚，并取得一系列重大成果。根據(jù)嫦娥工程的總體計劃，我國將在2013年實現(xiàn)月球表面的軟著陸，在2017年實現(xiàn)月球樣品的采集并返回。與此同時，我國還將開展對火星、金星、小行星等太陽系小天體的深空探測。塵埃是大自然饋贈的來自月球、火星、小行星等天體的巖石樣品，為我國月球等深空探測科學目標的制定和科學成果的實現(xiàn)提供了極為重要的研究對象。塵埃礦物學和天體化學的發(fā)展一方面是我國深空探測的戰(zhàn)略需求，另一方面深空探測的實施極大地促進了該學科的發(fā)展。

本文試圖總結我國近十年來在塵埃礦物學與天體化學領域所取得的主要成果，并簡要介紹國際上的一些重大進展。在此基礎上，對未來的研究提出一些思路和建議，以供參考思路和建議。

一、太陽系外物質(zhì)研究

隕石中的太陽系外物質(zhì)是太陽系形成之前，由超新星、新星、紅巨星以及漸近線巨星等各種恒星的噴出物凝聚形成的產(chǎn)物，是太陽星云殘留的原始塵埃顆粒，具有與太陽系物質(zhì)完全不同的同位素組成。自1987年在隕石中發(fā)現(xiàn)了太陽系外成因的納米金剛石以來，不同類型的太陽系外顆粒陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，包括碳化硅、石墨、剛玉、氮化硅、尖晶石和黑復鋁石、以及硅酸鹽等。這些太陽系外物質(zhì)具有一種或多種元素的同位素異常，反映了不同恒星或恒星內(nèi)部不同圈層的核合成過程。

太陽系外顆粒的發(fā)現(xiàn)主要有三種途徑：①將隕石的大部分物質(zhì)酸溶后從很少的殘留顆粒中尋找；②將隕石基質(zhì)物理分選后，從特定粒級或比重的樣品中尋找；③直接在隕石樣品上原位進行同位素掃描。太陽系外物質(zhì)的含量很低，因此需要采取有效的預富集處理，其中最有效的途徑是化學溶樣。用酸將隕石的大部分物質(zhì)溶解掉，得到很少的酸不溶物，從而極大地富集了酸不溶的太陽系外物質(zhì)的含量，包括金剛石、碳化硅、石墨、氮化硅、剛玉等。但是，采用這種方法顯然不能發(fā)現(xiàn)硅酸鹽等可被酸溶的太陽系外物質(zhì)。

二、滅絕核素的研究

隕石中滅絕核素的研究一直是天體化學的前沿領域，主要的科學問題包括：①更多滅絕核素的存在；②滅絕核素初始比值的精確值；③滅絕核素在太陽星云中的空間分布；④滅絕核素的成因。

三、展望

我國月球探測三期將在2017年采集月球樣品并返回，這些月球樣品將集中體現(xiàn)我國月球探測第一階段，即無人月球探測工程的最高成果。因此，月球返回樣品的科學研究不僅是隕石學與天體化學領域科研人員的歷史使命，也是一個極為難得的機遇。為了確保月球樣品返回后，第一時間獲得重要的科學成果，在未來的5年內(nèi)需要開展二方面的工作：一方面是月球樣品關鍵分析技術的預先研究，包括微區(qū)、微量分析技術、以及同位素高精度分析。針對月球科學問題和樣品特性，通過技術攻關，將現(xiàn)有的實驗分析技術在空間分辨能力和分析精度等方面提高到一個新的水平，并建立一些新的分析技術（如樣品表面注入的太陽風組成分析）；另一方面是以月球隕石為主要研究對象，結合我國月球探測“繞、落”階段所獲得的全球和區(qū)域形貌、物質(zhì)組成等信息，以獲得對月球形成和演化關鍵問題的新認識，并為我國返回月球樣品的科學研究奠定基礎。我國的深空探測才起步，在完成無人月球探測的“繞、落、回”三步曲之后，未來還將進行載人登月、并在月球上建立永久基地。與此同時，我國還將有序開展對火星、金星、小行星和彗星、以及太陽系其他天體

參考文獻：

[1]Charette， M. P.， McCord， T. B.， Pieters， C.； and Adams， J. B.， Application ofremote spectral reflectance measurements to lunar geology classification and determination of titanium content of lunar soils， Journal of Geophysical Research， 79，1605-1613， 1974.

[2]Blewett， D.T.， Lucey， P.G.， and Hawke， B.R.， Clementine images of the lunar sample-return stations： Refinement of Fe0 and Ti02 mapping techniques 1997，Journal of Geophysical Research， 102， 16319-16325， 1997.