驚人美麗與天文發(fā)現(xiàn)

王亞男

在每天沖向地球的大量隕石中（當(dāng)然絕大部分都會(huì)燃燒汽化消失，很少有機(jī)會(huì)落到地面），有一類鐵鎳隕石有著驚人的美麗外觀：鐵鎳金屬構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，嵌有橄欖綠色的半透明晶體，迎光一照，發(fā)出誘人的琥珀光芒。這種隕石，被稱作橄欖隕鐵，這些隕鐵被人們喚作“太空寶石”，在200多年前人們斷定這些東西來自外太空之后，科學(xué)家們就一直對(duì)它充滿濃厚的興趣。

1772年，德國自然學(xué)家帕拉斯（Pallas）對(duì)早前俄國西伯利亞山區(qū)克拉斯諾亞爾斯克附近發(fā)現(xiàn)一塊奇妙的巖石——這塊巖石總重達(dá)680千克。經(jīng)過研究，帕拉斯在1776年對(duì)這塊隕石的描述，后來被用作證明宇宙隕石墜落地球的重要證據(jù)——而在那個(gè)時(shí)候，大多數(shù)科學(xué)家對(duì)這一學(xué)說還當(dāng)作是童話，也正因如此，這種隕石便被以帕拉斯的名字命名為“帕拉塞特”（pallasite），在天文學(xué)上它被稱作橄欖隕鐵。橄欖隕鐵在所有隕石中僅占2%，屬于比較珍稀的隕石。現(xiàn)如今，在隕石交易市場(chǎng)上，一片長3英寸，寬2英寸（1英寸=2.54厘米）的薄薄一片橄欖隕鐵， 就能賣到1 000美元的高價(jià)。

橄欖隕鐵的故事對(duì)于人類，絕不僅僅是收藏與金錢。它能告訴我們?cè)S多宇宙過去經(jīng)歷的故事。最近羅切斯特大學(xué)（University of Rochester）組織的地球物理學(xué)家研究組通過利用二氧化碳激光、磁場(chǎng)和精密記錄儀器，對(duì)橄欖隕鐵進(jìn)行深入研究，得到了有趣的新發(fā)現(xiàn)：橄欖隕鐵的形成遠(yuǎn)比過去人們認(rèn)為的更加有趣，它們很有可能是小行星之間相互撞擊形成的美麗副產(chǎn)品。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了原來對(duì)橄欖隕鐵形成原因的猜測(cè)，讓人們重新開始認(rèn)識(shí)這些形成于太陽系誕生初期的美麗物質(zhì)。

鑒于橄欖隕鐵含有鐵鎳金屬以及寶石狀半透明橄欖石礦物，過去許多科學(xué)家猜測(cè)它們是在這兩類物質(zhì)以特定方式相遇形成的，在小行星或其他行星體的鐵質(zhì)內(nèi)核與巖質(zhì)外層的邊界層，最有可能具備這種形成條件。起初人們認(rèn)為是小行星鐵核中的鐵鎳金屬被擠壓到含有橄欖石的巖石層，從而形成了橄欖隕鐵。但現(xiàn)在科學(xué)家們借助試驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)橄欖石中存在的微小鐵鎳金屬顆粒，這些顆粒在各個(gè)方向都具有磁性，這讓他們認(rèn)識(shí)到橄欖隕鐵一定是在遠(yuǎn)離鐵核的地方形成的。

如果橄欖石晶體中的金屬顆粒要被磁化，需要有攪動(dòng)狀態(tài)的熔融鐵質(zhì)金屬來產(chǎn)生磁場(chǎng)，但金屬顆粒的周邊溫度不能過高，而小行星體鐵核和巖石外殼邊界層區(qū)域溫度通常接近930 ℃——這樣的溫度過高，磁化過程無法實(shí)現(xiàn)。這意味著橄欖隕鐵的形成位置，是在溫度較低的巖石外殼淺層。

科學(xué)家們使用二氧化碳激光加熱橄欖石中的金屬顆粒，使其溫度超過居里點(diǎn)（Curie temperature）——這一溫度上金屬將失去磁性。然后讓這些金屬顆粒在磁場(chǎng)中冷卻，使其重新磁化，這一過程中使用高度靈敏的檢測(cè)儀器來記錄顆粒磁性強(qiáng)度。利用這種方式，研究小組就能準(zhǔn)確獲知這些金屬顆粒被磁化時(shí)的外界磁場(chǎng)強(qiáng)度，并確定其冷卻速度。

研究人員發(fā)現(xiàn)，小行星尺寸越大，橄欖隕鐵形成后的冷卻時(shí)間越長，通過結(jié)合計(jì)算機(jī)模型和實(shí)際測(cè)量手段，人們發(fā)現(xiàn)橄欖隕鐵形成的母體行星體半徑大約為200千米，差不多相當(dāng)于地球半徑的1/30。

既然橄欖隕鐵是形成于小行星的巖層淺表，那意味著這種美麗隕石的形成只有一種可能，即來自小行星之間的碰撞。這種情況下，小行星鐵核在熔融狀態(tài)以撞擊方式注入更大的行星體的巖石表層，產(chǎn)生了獨(dú)特的橄欖隕鐵紋路。

橄欖石隕鐵的故事還遠(yuǎn)不止于此。研究發(fā)現(xiàn)，原始彗星中的橄欖石中通常不含鐵或含量極少，但鎂元素較為豐富，而富含鐵元素的橄欖石，則存在于較大的具備加熱條件的小行星。在距離地球63光年，1 200萬年歷史的年輕繪架座β星系（Beta Pictoris）恒星系周圍的塵埃和碎片星塵環(huán)帶中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了富含鎂的橄欖石。發(fā)現(xiàn)橄欖石的位置，距離中央恒星大約15～45天文單位（地球到太陽的距離為一個(gè)天文單位，約合1.5億千米），那里的溫度大約為零下190℃，在這樣的低溫環(huán)境中，橄欖石是無法形成的。通常只有在距離中央恒星10個(gè)天文單位的地方橄欖石才能結(jié)晶。現(xiàn)在這些遙遠(yuǎn)寒冷的塵埃環(huán)帶上發(fā)現(xiàn)橄欖石，告訴天文學(xué)家兩個(gè)重要線索。其一，這些橄欖石晶體可能是彗星之間相互撞擊形成的；其二，它們是從距離中央恒星較近的誕生地被各種外力“搬運(yùn)”至此的，因?yàn)樵趬m埃環(huán)帶中的低溫環(huán)境無法形成橄欖石。