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    太阳系最复杂的小行星:既融化又未融化,还有液态金属核和磁场

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      🌾袁隆平

      大多数坠落在地球上的陨石都是行星体的碎片,行星体是太阳系中最早的原行星体。科学家们认为,这些原始行星体要么在其历史早期就完全融化了,要么作为一堆未融化的碎石留了下来。但自从20世纪60年代发现陨石以来,一个陨石家族就让研究人员感到困惑。在世界各地发现的各种碎片似乎都是从同一个原始天体上分离出来的,然而这些陨石的组成表明:

      太阳系最复杂的小行星:既融化又未融化,还有液态金属核和磁场

      它们的母体一定是一个既融化又未融化令人费解的嵌合体。现在,麻省理工学院等科学家已经确定,这些稀有陨石的母体确实是一个多层、有差异的物体,很可能有一个液态金属核心。这个核心足够强大,足以产生一个可能和地球磁场一样的磁场。其研究成果发表在《科学进展》期刊上,表明太阳系中最早天体的多样性,可能比科学家们想象的要复杂得多。

      太阳系最复杂的小行星:既融化又未融化,还有液态金属核和磁场

      该研究的主要作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的研究生克拉拉·莫雷尔(Clara Maurel)说:这是小行星有融化和未融化层的一个例子,它鼓励人们寻找更多复合行星结构的证据。了解从未融化到完全融化各种结构的全光谱,是破译早期太阳系中行星体如何形成的关键。Maurel的合著者包括EAPS教授Benjamin Weiss,以及牛津大学、剑桥大学、芝加哥大学、劳伦斯·伯克利国家实验室和西南研究所的合作者。

      奇怪的陨石

      太阳系大约形成于50亿年前,由超热的气体和尘埃组成。当这个圆盘逐渐冷却时,物质的碎片相互碰撞并合并,形成越来越大的天体,如行星体。大多数坠落到地球上的陨石成分表明,它们来自早期的小行星,它们有两种类型:熔化的和未熔化的。科学家们认为,在太阳系演化的早期,这两种类型的天体在不到几百万年的时间里形成得相对较快。如果一个小行星形成于太阳系的前150万年:

      太阳系最复杂的小行星:既融化又未融化,还有液态金属核和磁场

      短暂的放射性元素可能已经使其完全熔化了,因为放射性元素的衰变释放了热量。未融化的行星体可能形成较晚,当时它们的物质含有较少放射性元素,不足以融化。在陨石记录中,除了一种罕见的IIE铁陨石家族外,几乎没有证据表明中间物体同时含有熔化和未熔化的成分。这些IIE铁陨石是奇怪的陨石,它们既显示了来自从未融化的原始物体证据,也显示了来自完全或至少实质融化的物体证据。

      太阳系最复杂的小行星:既融化又未融化,还有液态金属核和磁场

      科学家们之前已经发现,融化和未融化的IIE陨石都起源于同一颗古老的小行星,这颗小行星很可能像地球一样,在液态地幔上覆盖着一个固体地壳。所以想知道,这颗小行星是否也可能藏匿着一个金属熔化的核心。这个物体是否熔化到足以使物质下沉到中心,形成一个像地球一样的金属核心?这是这些陨石故事中缺失的一部分。研究小组推断,如果这颗小行星确实拥有一个金属核心:

      实物样本分析

      它很可能会产生一个磁场,类似于地球上搅动的液体核心产生磁场的方式。这样一个古老的磁场可能会导致小行星矿物指向磁场的方向,就像指南针上的针一样,某些矿物可能在数十亿年内保持了这种排列。那么是否可以在坠落到地球上的IIE陨石样本中找到这种矿物呢?研究人员获得了两块陨石,并对其进行了分析,以寻找一种以其特殊的磁记录性能而闻名的铁镍矿物。

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      研究小组使用劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源对样品进行了分析,这种光源产生的X射线可以与纳米级的矿物颗粒相互作用,这种方式可以揭示矿物的磁性方向。果不其然,许多颗粒内的电子排列在一个相似方向上,研究证据表明:母体产生了磁场,可能高达几十微特斯拉,大约相当于地球磁场的强度。在排除了不太可信的来源后,研究小组得出结论,磁场最有可能是由液态金属核产生。

      太阳系最复杂的小行星:既融化又未融化,还有液态金属核和磁场

      要产生这样的磁场,估计核心必须至少有几十公里宽。这种混合成分的复杂行星体(既以液态核和地幔的形式熔化,又以固体地壳的形式未熔化)很可能需要数百万年的时间才能形成,这一形成时间比科学家假设的要长。但是这些陨石是从母体内部哪里来的呢?如果磁场是由母体的核心产生,这将意味着最终落到地球上的碎片不可能来自核心本身。这是因为液核只在搅拌和加热时才会产生磁场,任何可以记录古磁场的矿物,一定是在地核本身完全冷却之前在地核之外记录的。

      最复杂的小行星

      与芝加哥大学的合作者合作,研究团队对这些陨石的各种形成场景进行了高速模拟。模拟研究表明,一个拥有液态金属核的天体有可能与另一个物体相撞,并在这种撞击下将物质从核心中剥离出来。然后,这些物质会迁移到靠近陨石发源地表面的口袋里。当星体冷却时,这些口袋里的陨石会在矿物中留下这个磁场。在某个时候,磁场会衰减,但印记会保留下来。然后,这个天体将经历许多其他碰撞,直到将这些陨石置于地球轨道上的最终碰撞。

      太阳系最复杂的小行星:既融化又未融化,还有液态金属核和磁场

      这个如此复杂的小行星,也许是太阳系中最复杂的小行星之一,究竟是早期太阳系中的异常值,还是众多如此差异化的天体中的一个呢?答案可能在于小行星带,这是一个居住着太阳系原始遗迹的地区。小行星带中的大多数天体表面看起来都没有融化,如果科学家们能最终能够看到小行星内部,将会会测试这个想法。也许有些小行星在内部融化了,也许像这样的小行星实际上是很常见。

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