對法國諾曼底的小鎮(zhèn)萊格勒（L’aigle）來說，1803 年 4 月 26 日是個(gè)不尋常的日子。因?yàn)樵谀翘欤焐舷缕鹆?ldquo;巖石雨”。

　　超過 3000 顆石頭從天而降，幸運(yùn)的是沒有人因此受傷。法國科學(xué)院根據(jù)許多目擊者所說的故事和這些巖石的不同尋常的外觀，宣布這些巖石是來自太空。

　　在繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，地球不斷地受到巖石的撞擊，這種撞擊每天為地球帶來 50 噸左右的額外質(zhì)量。這些巖石被稱為隕石，我們很容易在沙漠和南極洲的冰原上發(fā)現(xiàn)它們的蹤跡，在那些地方它們顯得特別突出。有時(shí)，它們甚至可能在房屋的后院著陸，或者隱匿在普通的陸地巖石之中。這些隕石會(huì)被許多業(yè)余愛好者和專業(yè)人士收集，一些更有趣的隕石則會(huì)被送往世界各地的博物館和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行展示和研究。

　　盡管成千上萬的科學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行了幾十年的深入研究，但對于大多數(shù)隕石是如何形成的，科學(xué)家還沒有達(dá)成普遍的共識(shí)。作為一名天文學(xué)家和一名地質(zhì)學(xué)家，我們最近提出了一種新的理論，可以用來解釋究竟在太陽系的形成過程中發(fā)生了什么，才創(chuàng)造出了這些珍貴的歷史遺跡。由于行星就是由這些最初的巖石相撞而形成的，所以這也是地球歷史的重要組成部分。

　　神秘的隕石球粒

　　大約 10% 的隕石是純鐵。這些物質(zhì)是通過一個(gè)多步驟的過程形成的，在這個(gè)過程中，一個(gè)巨大的熔融小行星具有足夠強(qiáng)的引力，能使鐵下沉到它的中心，于是像地球一樣形成了一個(gè)鐵的核心。當(dāng)這顆小行星凝固之后，它可能會(huì)與其他物體發(fā)生撞擊，而粉碎形成隕石。鐵隕石的古老程度與太陽系一樣，證明了大型小行星的形成很迅速，而且完全熔融的小行星曾經(jīng)非常豐富。

　　其余 90% 的隕石被稱為“球粒隕石”，因?yàn)樗鼈兂錆M了“球粒”，這是一種神秘而微小的球體。沒有任何一種陸地巖石的內(nèi)部具有這類球粒狀的東西。很明顯，這是因?yàn)樵谔罩校?dāng)溫度在不到一小時(shí)內(nèi)就升高到巖石的熔點(diǎn)（約 1650 攝氏度）時(shí)，這種短時(shí)間的劇烈加熱過程讓球粒形成了。

Semarkona 隕石的特寫鏡頭，圖中顯示了數(shù)十個(gè)球粒。 圖片來源：Kenichi Abe

　　在過去的 40 年里，研究人員提出了許多假設(shè)。但對于這種短暫的升溫是如何發(fā)生的，目前還沒有達(dá)成共識(shí)。

　　球粒問題是一個(gè)非常困難且有爭議的問題，幾年前，當(dāng)我們向同行們宣告我們正在研究這個(gè)問題時(shí)，他們的反應(yīng)總是微笑、搖頭，甚至表示同情?，F(xiàn)在既然我們已經(jīng)提出了一個(gè)解決方案，我們就準(zhǔn)備好要面對更加尖銳的回應(yīng)，這沒什么，因?yàn)檫@才是科學(xué)前進(jìn)的方式。

　　飛掠模型

　　我們的想法很簡單。對數(shù)百個(gè)球粒的放射性年代測定表明，它們大約形成于 46 億年前，具體來說是在太陽系形成之后的 180 萬至 400 萬年之間。在這段時(shí)間內(nèi)，存在大量完全熔融的小行星，也就是鐵隕石的母體。這些小行星上的火山爆發(fā)向周圍的空間釋放了大量的熱量。任何小型天體在噴發(fā)過程中經(jīng)過附近，都會(huì)經(jīng)歷短暫而強(qiáng)烈的熱風(fēng)。

　　為了檢驗(yàn)我們的假設(shè)，我們將研究分成幾組。天文學(xué)家Herbst對這些數(shù)字進(jìn)行了分析，確定了球粒的形成需要多少熱量和時(shí)間。然后，地質(zhì)學(xué)家Greenwood用實(shí)驗(yàn)室里的熔爐重新模擬了預(yù)測的條件，看我們能否在實(shí)驗(yàn)室中制造出球粒。

　　得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常成功。

　　我們從地球巖石中提取了一些成分與太空塵埃類似的細(xì)粉塵，將它們放入一個(gè)小小的膠囊中，再放入熔爐里，讓溫度在預(yù)測范圍內(nèi)循環(huán)。得到了一個(gè)漂亮的人造球粒。結(jié)案了嗎？沒有這么簡單。

　　我們的模型出現(xiàn)了兩個(gè)問題。首先，我們忽略了一個(gè)更大的問題，那就是隕石球粒是如何成為整個(gè)隕石的一部分的。它們與被稱為基質(zhì)的球粒之間的物質(zhì)有什么關(guān)系？此外，我們的模型看起來似乎有點(diǎn)太不切實(shí)際。只有一小部分原始物質(zhì)會(huì)按照我們提設(shè)定的方式被加熱。

在實(shí)驗(yàn)室使用飛掠模型合成的人工隕石球粒（左），與從 Semarkona 隕石中提取的真實(shí)隕石球粒。下面的圖是它們的放大圖，顯示出了它們具有非常相似的晶體結(jié)構(gòu)。 圖片來源：J. Greenwood

　　制造整塊隕石

　　為了解決這些問題，我們拓展了我們的初始模型，開始考慮更大的、直徑可達(dá)幾英里（1 英里≈1.6 公里）的物體飛掠加熱區(qū)的情況。當(dāng)這種物質(zhì)接近一顆熾熱的小行星時(shí)，它的一部分會(huì)像彗星一樣蒸發(fā)，形成富含氧氣和其他易揮發(fā)元素的大氣層。根據(jù)先前進(jìn)行的一些詳細(xì)的化學(xué)研究，我們認(rèn)為這正是能形成球粒的大氣層。

作者所提出的用于形成球粒的模型：一小塊直徑為幾英里或更小一點(diǎn)的巖石（右）在靠近一顆在其表面有熔巖噴發(fā)的高溫小行星。來自熱熔巖的紅外輻射短暫地提高了巖石的溫度，足以形成球粒，并使它的一部分硬化成了隕石。 圖片來源：W. Herbst/Icarus

　　我們還預(yù)計(jì)，高溫和氣壓會(huì)通過一種名為熱等靜壓（可用于制造金屬合金）的過程，將飛掠的物體硬化成一塊完整的隕石。當(dāng)隕石球粒融化成小小的球體時(shí)，它們會(huì)向基質(zhì)釋放氣體，當(dāng)隕石變硬時(shí)，基質(zhì)會(huì)將這些元素困住。如果隕石球粒和球粒狀隕石是以這種方式一起形成的，那么我們預(yù)計(jì)基質(zhì)中某種元素的增強(qiáng)會(huì)與球粒所耗盡的元素完全相同。事實(shí)上，幾十年來我們都觀測到了這種互補(bǔ)的現(xiàn)象，而我們的模型為它提供了一個(gè)合理的解釋。

　　或許我們的模型最新穎特征在于它將球粒的形成直接與隕石的硬化聯(lián)系了起來。由于只有堅(jiān)硬的天體才能穿過地球的大氣層，因此我們認(rèn)為那些在博物館里出現(xiàn)的隕石都充滿球粒。但在太空中，充滿球粒的硬化隕石是一個(gè)例外，因?yàn)樗鼈兪峭ㄟ^一個(gè)相對偶然的過程形成的，這個(gè)過程就是飛掠熱的天體。我們應(yīng)該很快就能知道這個(gè)想法是否站得住腳，因?yàn)檫@個(gè)模型還預(yù)測在小行星上球粒應(yīng)該是不非常少見的。目前，日本和美國都有探測附近小行星的任務(wù)，因此它們將會(huì)在未來幾年里送回樣本。

　　如果那些小行星上也充滿了球粒，就像穿過大氣層抵達(dá)地球表面的那些硬化隕石一樣，那么我們的模型就可以被拋諸腦后，繼續(xù)探尋可以解釋這個(gè)著名的球粒問題的解決方案。但如果小行星上鮮有球粒，那么飛掠模型就通過了一次重要的檢驗(yàn)。

　　撰文：

　　William Herbst（衛(wèi)斯理大學(xué)天文學(xué)教授）

　　James Greenwood（衛(wèi)斯理大學(xué)地質(zhì)學(xué)副教授）

　　原文標(biāo)題為“The tell-tale clue to how meteorites were made, at the birth of the solarsystem”，首發(fā)于 2019 年 6 月 6 日的 The Conversation。

　　原文鏈接：https://theconversation.com/the-tell-tale-clue-to-how-meteorites-were-made-at-the-birth-of-the-solar-system-116052. 中文內(nèi)容略有修改，僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。

總結(jié)

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