新的天文研究发现,陨石是行星形成的副产品,过去,人们认为陨石是行星的构造体。长期以来,坠落地球的粉碎性流星被认为是早期太阳系的遗骸,奇形怪状的块状物由岩石和金属物构成,陨石上镶嵌了密密麻麻的球粒,微小、光亮透彻的球状晶粒曾经是融化的滴粒。天文学家一直认为,陨石球粒是类地行星早期的“果核”,当早期太阳系开始合并、集聚的过程时,熔滴颗粒和周围的气体、尘埃发生碰撞,更大的行星原型体、或行星前体得以形成。麻省理工和普渡大学的科研人员发现,陨石球粒在行星形成的过程中可能发挥了较少的作用。以计算机模拟计算为依据,科学团队得出了新的结论,陨石球粒不是行星形成的“建筑模块”,在早期行星暴烈而杂乱的形成过程中,陨石只是行星制造的副产品。

像月球大小的团块在陨石球粒存在之前可能已经存在,它们成了“存在前的存在物”,陨石球粒存在的最为可能是月球尺寸大小的团块、或行星胚胎发生相互碰撞的产物,行星胚胎之间的碰撞达到非常剧烈的程度,从胚胎团块融化、撕裂掉一部分物质,在撞击中融化的物质像羽毛一样飞散,碎片化的物质冲入了太阳系星云,残余的滴流颗粒在冷却之后形成了陨石球粒。麻省理工学院地球、大气和行星科学系的博士后研究员布兰登·约翰逊解释说,他们的发现修正了有关最早太阳系起源的教科书内容。陨石实际上不是形成行星的原初材料,它们是行星诞生时遗落的副产品,从行星体分离的碎片物质形成了陨石。陨石的起源新说证明,早期太阳系的起源比人们预想的过程更为猛烈、动荡,早期太阳系发生了“大动荡”的极端事件,真正巨大的撞击行为击碎了原初的行星团块,喷撒的熔浆物质好似火山爆发的景象,大量的热熔物质像“天女散花”一样四处喷溅。《自然》杂志发表了约翰逊和同事的研究成果。

高速率的融化岩石如何发生?如何获得对太阳系“婴儿时期”陨石球粒的作用更加清楚的认识,科学团队第一次模拟了原行星之间的大碰撞,原行星是岩石状的天体,它们的尺寸在小行星和月球之间。科学团队模拟了所有不同类型原行星的碰撞,模拟了在早期太阳系中原行星碰撞的位置、时间、大小和速率,他们发现,像月球尺寸的原行星形成的速度更快,在陨石球粒出现之前的10,000年,月球尺寸原行星的活动已经出现。约翰逊以特定的模型来确定原行星碰撞的类型,碰撞的力度融化、喷撒了热熔物质,模拟实验显示,当原行星以每秒2.5公里的速率发生碰撞时,足够大的力度将热熔物质像“倾盆大雨”一样喷射到周围的太空,天体物理学家将这种喷洒称之为“冲击射流”。 在两个原行星发生碰撞的过程中,非常少量的物质在冲压作用下形成了极高温度,从碰撞点向外抛射的热熔物质达到了物质熔点。

产生了冲击射流的原行星碰撞可能发生在太阳系诞生后的第一个500万年,陨石球粒在已经出现、或原行星的大碰撞产生了陨石球粒,碰撞过程产生了足够的陨石球粒,它们聚集在太阳系的小行星带区域,在可以观测的小行星带中,陨石数量证明了陨石球粒的广泛分布。为了深入解释陨石球粒的产生,团队成员开展了了第三项模拟实验,计算陨石球粒的冷却速率。之前的实验成果显示,陨石球粒的冷却速率为每小时10到1,000开尔文,冷却速率满足了陨石球粒形成的条件。科学团队应用了辐射传输模型,模拟了和冷却速率一致的大碰撞条件。原行星发生碰撞时的运动速度为每小时2.5公里,它们在碰撞之后产生了熔滴物质,炙热的熔滴物质被喷射到周围的空域,每小时的冷却温度为10到1,000开尔文。模拟实验的成功说明,大碰撞的冲击射流解释了陨石球粒的形成。

科学团队准备寻求原行星其它类型碰撞的结果,其中包括了垂直碰撞、直线碰撞和斜线碰撞,他们预测,斜线碰撞甚至产生了更高效率,更容易产生热溶状分散的陨石球粒,科学团队希望在太阳系星云的模拟研究中进一步探索陨石球粒的形成和分布。长期以来,陨石球粒被认为是构筑行星的基本材料,具有讽刺意味的是,它们是早期原行星相互碰撞之后的遗物。新的科学发现也许重新定义了球粒状构造的陨石,球状颗粒不是形成行星的基础材料,过去的陨石形成理论与实验结论不符。新的科学发现将改变人们对早期太阳系的认识,陨石样本包含了重要线索,它们在人们理解太阳系如何形成的问题上扮演了重要角色。新的发现推翻了过去的认识,科学团队将进行更多的模拟实验,寻求天文观测的直接证据。

(编译:2015-1-15)