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                中外學者從隕石中解密太陽系早期演化歷史

                發布時間:2022-04-24來源:浙大融媒體中心作者:柯溢能0

                隕石,作為來自太空的“客人”,是小行星或彗星分裂、撞擊后產生的碎片。它們包含著太陽系形成初期的豐富信息,科學家們通過收集并研究這些“天外來客”,揭秘早期太陽系形成和演化的歷史。

                近日,浙江大學物理學院劉倍貝研究員與丹麥哥本哈根大學和瑞典隆德大學的合作者們,共同提出原行星盤氣體外流效應能產生觀測上的隕石同位素兩極化現象,并據此構建了早期太陽系天體形成的新模型。這項成果于4月22日發表在國際知名期刊《科學進展》上,劉倍貝是論文的第一兼通訊作者。

                隕石形成于太陽系誕生的初期,熾熱的太陽周圍存在一個原行星盤,是孕育行星和隕石的搖籃。隕石從化學成分上可分為炭質隕石和非炭質隕石。前者含有更多的含碳有機物,后者含有更多的鐵鎳等金屬元素。通過吸積盤內固體物質隕石不斷長大,盤內靠太陽位置溫度高,形成的隕石以非炭質為主;遠離太陽位置溫度低,形成的隕石以炭質為主。最新的隕石分析表明以上兩類隕石的同位素含量也“涇渭分明”,呈現兩極化分布,而這種涇渭分明的差異被視為構成原初行星盤內的固體物質在內外部的不同所導致。

                隕石群同位素“涇渭分明”的現象也激發了學界對太陽系早期演化的構想。為了解釋以上觀測,劉倍貝團隊著眼于學界通常忽視的行星盤中的氣體。他們發現在氣體外流的影響下,固體顆粒物的遷移速率和方向發生改變。模擬結果表明,盤外側的炭質固體顆粒需要經過三百萬年才會最終遷移進入內盤類地行星形成區,在他們流入內盤之前,成長于該區域的隕石母體們靠吸積耐火物質形成,炭質隕石母體形成于外盤,通過吸積炭質顆粒物長大。在約三百萬年之后,炭質顆粒物最終遷移進入內盤。此后地球和火星等類地行星吸積炭質顆粒物成長,因而它們的同位素含量是兩大類固體物質的混合?!?/span>重要的是,該模型預示著不同隕石的同位素差異并不是空間上的隔絕,而是形成時間上的演化。”劉倍貝說。

                在這項研究中,浙大團隊也指出了早先理論的缺陷。有研究提出木星的快速形成并在氣體盤中開溝可以解釋上述現象。開溝是指當行星足夠大,引力效應很強,能夠清空軌道周圍的氣體。該模型要求木星固體核在太陽系誕生后一百萬年內快速形成,劉倍貝表示,如果木星確實能在氣體盤中開一個深溝而完全阻斷后續固體顆粒的內流,則內外盤的固體物質自此隔絕,內盤非炭質固體顆粒物會因快速遷移而消耗殆盡。然而隕石測年研究表明,形成于內盤的非炭質O型和E型球粒隕石母體形成于太陽系誕生后兩到三百萬年間?!扒叭说墓ぷ飨热霝橹?,認為隕石同位素兩極化的現象是太陽系中最大的行星在形成過程中的產物。但我們發現其很難同時解釋太陽系隕石的形成年齡和同位素含量兩大觀測結果?!眲⒈敦惤忉尩??!皩茖W問題的研究需要不斷打破固有思維?!闭劶斑@項研究的意義,劉倍貝說。

                劉倍貝團隊主要研究涵蓋了天體物理學和行星科學的交叉前沿,深入探究行星起源,演化和構型,通過理論和數值模擬來闡釋太陽系和系外行星的觀測特性。本研究受到國家自然科學基金面上項目和浙江大學百人計劃啟動基金的資助。

                原文鏈接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3045

                (文 柯溢能/圖片由受訪人提供)

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