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陨石中的蓝色晶体表明太阳经历了什么?

2018-08-01 01:31

太阳的起源是个谜,它在46亿年前突然形成,大约在地球形成前5000万年。由于太阳比地球古老,所以很难找到太阳早期周围的物理物体——这些物质含有早期太阳的化学记录。但在自然天文学的一项新研究中,被困在陨石中的古代蓝色晶体揭示了早期太阳是什么样,很明显,一开始就很吵闹。太阳在其早期生命中非常活跃——它有更多的爆发,并释放出更强烈的带电粒子流。太阳系中几乎没有什么东西能真正证实早期太阳的活动,但菲尔德博物馆收藏陨石中的矿物质已经足够古老了,可能是太阳系中最早形成的矿物质。矿物是一种叫做hibonite的冰蓝晶体,它们的成分带有化学反应的特征,只有在早期太阳喷出大量的高能粒子时才会发生化学反应。这些晶体形成于45亿年前,并保存了我们太阳系中发生第一批事件的记录。

早期太阳盘的插图,图中镶嵌著一颗蓝色晶体,这是太阳系中最早形成的矿物质之一,图片:Field Museum, University of Chicago, NASA, ESA, and E. Feild (STScl).

博科园-科学科普:尽管它们非常小(许多直径不到100微米)它们仍然能够保留这些高度挥发的气体,这些气体是很久以前年轻太阳照射产生的。在行星形成之前的早期,太阳系是由太阳构成的,太阳周围有大量的气体和尘埃组成的圆盘。靠近太阳的地方很热。非常热——超过1500摄氏度,或者2700华氏度。相比之下,金星,太阳系中最热的行星,表面温度高到足以融化铅,是一个微不足道的872 F。随着磁盘冷却下来,最早的矿物开始形成蓝色的海泡石晶体。来自古代陨石的较大的矿物颗粒只有人类头发直径的几倍。当在显微镜下观察时,晶粒就像小的浅蓝色结晶,它们很漂亮,这些晶体含有钙和铝等元素。当这些晶体刚刚形成时,年轻的太阳继续耀斑,将质子和其他亚原子粒子射向太空。其中一些粒子击中了蓝色的海云母晶体。

当质子撞击晶体中的钙和铝原子时,原子分裂成更小的原子——氖原子和氦原子。数十亿年来,氖和氦一直被困在晶体中。这些水晶被纳入太空岩石中,最终落到地球上,成为像赫克、库普和戴维斯这样的科学家研究的陨石。研究人员已经研究了陨石,以寻找早期活跃太阳的证据,但没有发现任何东西。如果过去的人们没有看到它,那并不意味着它不在那里,这可能意味着他们只是没有足够灵敏的仪器来找到它。这一次,研究小组在瑞士用一种独特的最先进的质谱仪对这些晶体进行了检测——这是一种可以测定物体化学成分的加盖大小的机器。与质谱仪相连的是一个激光,它融化了一块陨石上的一颗微小的黑云母晶体,释放出被困在里面的氦和氖,以便被探测到。得到了一个惊人的信号,清楚地显示出氦和氖的存在,这真是太神奇了。氦和氖的碎片提供了太阳长期以来被怀疑的早期活动的第一个具体证据。

来自默奇森陨石的一种微小晶体。图片:(c) Andy Davis, University of Chicago

如果只知道一个人是一个冷静的成年人,你就有理由相信他们曾经是一个活跃的孩子,但没有证据。但如果你能走进他们的阁楼,找到他们的旧玩具和书页被撕掉的书,那就证明这个人曾经是一个精力充沛的幼儿。与其他有关早期太阳比今天更活跃的暗示不同,没有其他更好的解释来解释晶体的构造。看到一个结果能被清楚地解释出来总是件好事,解释越简单,就越有信心。除了在陨石中找到圆盘材料被直接辐照的明确证据之外,新结果表明,太阳系最古老的物质经历了一段年轻物质避免的辐照阶段。这意味着在hibonites形成后,新生的太阳系发生了重大变化——也许太阳活动减少了,或者可能是后期形成的物质无法到达辐射可能的圆盘区域。这告诉我们最早的太阳系的状况,并最终证实了长期以来的怀疑,如果能更好地理解过去,就能更好地理解自然界的物理和化学。

博科园-科学科普|参考期刊文献 :《Nature Astronomy》|研究/来自:菲尔德博物馆,DOI: 10.1038/s41550-018-0527-8

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