大多數(shù)墜落在地球上的隕石都是行星體的碎片，行星體是太陽(yáng)系中最早的原行星體?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這些原始行星體要么在其歷史早期就完全融化了，要么作為一堆未融化的碎石留了下來(lái)。

但自從20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)隕石以來(lái)，一個(gè)隕石家族就讓研究人員感到困惑。在世界各地發(fā)現(xiàn)的各種碎片似乎都是從同一個(gè)原始天體上分離出來(lái)的，然而這些隕石的組成表明：

它們的母體一定是一個(gè)既融化又未融化令人費(fèi)解的嵌合體。現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院等科學(xué)家已經(jīng)確定，這些稀有隕石的母體確實(shí)是一個(gè)多層、有差異的物體，很可能有一個(gè)液態(tài)金屬核心。這個(gè)核心足夠強(qiáng)大，足以產(chǎn)生一個(gè)可能和地球磁場(chǎng)一樣的磁場(chǎng)。其研究成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上，表明太陽(yáng)系中最早天體的多樣性，可能比科學(xué)家們想象的要復(fù)雜得多。

該研究的主要作者、麻省理工學(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)系(EAPS)的研究生克拉拉·莫雷爾(Clara Maurel)說(shuō)：這是小行星有融化和未融化層的一個(gè)例子，它鼓勵(lì)人們尋找更多復(fù)合行星結(jié)構(gòu)的證據(jù)。了解從未融化到完全融化各種結(jié)構(gòu)的全光譜，是破譯早期太陽(yáng)系中行星體如何形成的關(guān)鍵。Maurel的合著者包括EAPS教授Benjamin Weiss，以及牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)、芝加哥大學(xué)、勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和西南研究所的合作者。

奇怪的隕石

太陽(yáng)系大約形成于50億年前，由超熱的氣體和塵埃組成。當(dāng)這個(gè)圓盤逐漸冷卻時(shí)，物質(zhì)的碎片相互碰撞并合并，形成越來(lái)越大的天體，如行星體。大多數(shù)墜落到地球上的隕石成分表明，它們來(lái)自早期的小行星，它們有兩種類型：熔化的和未熔化的。科學(xué)家們認(rèn)為，在太陽(yáng)系演化的早期，這兩種類型的天體在不到幾百萬(wàn)年的時(shí)間里形成得相對(duì)較快。如果一個(gè)小行星形成于太陽(yáng)系的前150萬(wàn)年：

短暫的放射性元素可能已經(jīng)使其完全熔化了，因?yàn)榉派湫栽氐乃プ冡尫帕藷崃?。未融化的行星體可能形成較晚，當(dāng)時(shí)它們的物質(zhì)含有較少放射性元素，不足以融化。在隕石記錄中，除了一種罕見的IIE鐵隕石家族外，幾乎沒有證據(jù)表明中間物體同時(shí)含有熔化和未熔化的成分。這些IIE鐵隕石是奇怪的隕石，它們既顯示了來(lái)自從未融化的原始物體證據(jù)，也顯示了來(lái)自完全或至少實(shí)質(zhì)融化的物體證據(jù)。

科學(xué)家們之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，融化和未融化的IIE隕石都起源于同一顆古老的小行星，這顆小行星很可能像地球一樣，在液態(tài)地幔上覆蓋著一個(gè)固體地殼。所以想知道，這顆小行星是否也可能藏匿著一個(gè)金屬熔化的核心。這個(gè)物體是否熔化到足以使物質(zhì)下沉到中心，形成一個(gè)像地球一樣的金屬核心？這是這些隕石故事中缺失的一部分。研究小組推斷，如果這顆小行星確實(shí)擁有一個(gè)金屬核心：

實(shí)物樣本分析

它很可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，類似于地球上攪動(dòng)的液體核心產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式。這樣一個(gè)古老的磁場(chǎng)可能會(huì)導(dǎo)致小行星礦物指向磁場(chǎng)的方向，就像指南針上的針一樣，某些礦物可能在數(shù)十億年內(nèi)保持了這種排列。那么是否可以在墜落到地球上的IIE隕石樣本中找到這種礦物呢？研究人員獲得了兩塊隕石，并對(duì)其進(jìn)行了分析，以尋找一種以其特殊的磁記錄性能而聞名的鐵鎳礦物。

研究小組使用勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源對(duì)樣品進(jìn)行了分析，這種光源產(chǎn)生的X射線可以與納米級(jí)的礦物顆粒相互作用，這種方式可以揭示礦物的磁性方向。果不其然，許多顆粒內(nèi)的電子排列在一個(gè)相似方向上，研究證據(jù)表明：母體產(chǎn)生了磁場(chǎng)，可能高達(dá)幾十微特斯拉，大約相當(dāng)于地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度。在排除了不太可信的來(lái)源后，研究小組得出結(jié)論，磁場(chǎng)最有可能是由液態(tài)金屬核產(chǎn)生。

要產(chǎn)生這樣的磁場(chǎng)，估計(jì)核心必須至少有幾十公里寬。這種混合成分的復(fù)雜行星體（既以液態(tài)核和地幔的形式熔化，又以固體地殼的形式未熔化）很可能需要數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間才能形成，這一形成時(shí)間比科學(xué)家假設(shè)的要長(zhǎng)。但是這些隕石是從母體內(nèi)部哪里來(lái)的呢？如果磁場(chǎng)是由母體的核心產(chǎn)生，這將意味著最終落到地球上的碎片不可能來(lái)自核心本身。這是因?yàn)橐汉酥辉跀嚢韬图訜釙r(shí)才會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，任何可以記錄古磁場(chǎng)的礦物，一定是在地核本身完全冷卻之前在地核之外記錄的。

最復(fù)雜的小行星

與芝加哥大學(xué)的合作者合作，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這些隕石的各種形成場(chǎng)景進(jìn)行了高速模擬。模擬研究表明，一個(gè)擁有液態(tài)金屬核的天體有可能與另一個(gè)物體相撞，并在這種撞擊下將物質(zhì)從核心中剝離出來(lái)。然后，這些物質(zhì)會(huì)遷移到靠近隕石發(fā)源地表面的口袋里。當(dāng)星體冷卻時(shí)，這些口袋里的隕石會(huì)在礦物中留下這個(gè)磁場(chǎng)。在某個(gè)時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)衰減，但印記會(huì)保留下來(lái)。然后，這個(gè)天體將經(jīng)歷許多其他碰撞，直到將這些隕石置于地球軌道上的最終碰撞。

這個(gè)如此復(fù)雜的小行星，也許是太陽(yáng)系中最復(fù)雜的小行星之一，究竟是早期太陽(yáng)系中的異常值，還是眾多如此差異化的天體中的一個(gè)呢？答案可能在于小行星帶，這是一個(gè)居住著太陽(yáng)系原始遺跡的地區(qū)。小行星帶中的大多數(shù)天體表面看起來(lái)都沒有融化，如果科學(xué)家們能最終能夠看到小行星內(nèi)部，將會(huì)會(huì)測(cè)試這個(gè)想法。也許有些小行星在內(nèi)部融化了，也許像這樣的小行星實(shí)際上是很常見。

博科園｜研究/來(lái)自：麻省理工學(xué)院

參考期刊《科學(xué)進(jìn)展》

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