隕石里的秘密

重點提要

■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源相同。每個類型的球粒隕石群組各有其獨特的質(zhì)地以及成分特征。

■根據(jù)這些特性，科學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。這類恒星是年輕版的太陽，年齡為100萬～200萬歲。這樣的相似度說明，我們可以通過金牛座T型星的系統(tǒng)，來深入探究太陽系早期階段的太陽和盤面。

我同情天文學家。無論是通過計算機屏幕上的影像，或是冷冰冰的光譜儀處理過的光波，都只能遠遠地觀察他們所熱愛的恒星、星系和類星體。而我們這些研究行星與小行星的，卻常常可以親手撫觸心愛的天體，探索它們最深層的秘密。大學時我主修天文學，曾經(jīng)在許多個寒冷的夜晚，通過望遠鏡觀看星團和星云，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，讓我們與看似遙遠抽象的一切有了真實的聯(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80%屬于此類。因為其內(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，看來是如此美麗，絲毫不遜于康丁斯基等抽象藝術家的創(chuàng)作。

球粒隕石是科學家所碰觸過的最古老的巖石，放射性定年結果可追溯到45億年前，那時行星還未形成，太陽系還只是一團處處充滿擾動，由氣體與塵埃構成的旋轉(zhuǎn)圓盤，天文學家稱之為太陽星云。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，都形成自太陽系的初始物質(zhì)。大多數(shù)研究人員相信，球粒的形成是因為高能量使富含硅的塵埃團塊熔化成許多液滴，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，而是它們可是太陽系誕生95d1a75dc1a890398f7c77e76f4ab766f42865077bb72e6b6b99177193bf5c09時遺留下的化石，可以為探索地球形成時的狀態(tài)提供很重要的線索。

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

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，因此被認為是年輕的恒星（或主序前星），多數(shù)有塵埃盤環(huán)繞。太陽星云的塵埃圖像與許多金牛座T型星系統(tǒng)的構造吻合，這一結果支持一個說法，那就是太陽系這類行星系統(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太陽系的過去，也提供了對銀河系其他年輕恒星系統(tǒng)的深入了解。同樣，當科學家探究這些系統(tǒng)的物理性質(zhì)時，也會對太陽系小行星和行星的形成過程有更多的了解。

想通過分析球粒隕石來探索太陽系的原始樣貌，行星科學家首先得準確地衡量巖石的屬性。研究人員把球粒隕石分成12個基本類型，所依據(jù)的特性有：整體的化學組成、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)的塵埃基質(zhì)的多寡。因為每個類型的球粒隕石都有不同的物理、化學與同位素特性，因此一定來自不同的小行星。為了解釋不同類型的球粒隕石最初是如何形成的，研究人員構建出許多富有想象力的模型，其中牽涉到氣體擾動、磁場以及落入星云中央盤面的粒子的速度等。然而，最后往往得到一個模糊的結論，那就是各種球粒隕石是在“不同情況”下形成的。

因為希望可以更確切地掌握到底是什么樣的“不同情況”，我從2009年開始埋首大量文獻數(shù)據(jù)，想要建立一個表格，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性，或許能揭示每個類型的歷史。但結果是，我所建立的表格中有超過一半是空格，看來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。為了完成這個目標，我把自己定在顯微鏡前，檢視了分屬不同類型的53個球粒隕石共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)千個球粒肯定是很煩瑣的工作，但是這個在“顯微天文學”上的堅持，讓我在短短幾個月內(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，但是這個結果確實能夠更廣泛、更完善地解釋不同類型的球粒隕石來自太陽星云的何處，以及它們的局部環(huán)境如何。

首先來看一種較少見的種類——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示為EH和EL。科學家發(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相比，顯然比較靠近太陽。

第二種被稱為普通球粒隕石，共有三個不同但密切相關的群組，依照鐵的含量和形式分別標示為H、L和LL。“普通”指的是出現(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，顯示出它們在太陽系中形成區(qū)域所受的重力，會傾向于把隕石丟到地球上來。

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