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(lǐng)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(guān)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(jié)。

關(guān)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(chǔ)性學科，在近十年迎來了一個最好的發(fā)展時期。一個關(guān)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(jié)我國近十年來在塵埃礦物學與天體化學領(lǐng)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(chǔ)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(lǐng)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(lǐng)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(guān)鍵分析技術(shù)的預先研究，包括微區(qū)、微量分析技術(shù)、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(shù)攻關(guān)，將現(xiàn)有的實驗分析技術(shù)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(shù)（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(jié)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(guān)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(chǔ)。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：

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