拨开太阳系早期乱象 地球陨石或起源于土星附近

陨石研究表明，前木星将太阳系尘埃盘中的两种小行星分开。资料来源:就业服务办公室/加州大学洛杉矶分校

理论家们认为，今天壮观的太阳系在最初的几百万年里是混乱的，这种混乱是由巨大的行星离开它们现有的轨道造成的。但是直到最近，结论性的证据还很少。

最近，科学家们发现了一个了解早期动力学的新窗口:几十块陨石之间奇怪的化学成分差异。这一观点是几年前提出的，但是德国地球化学家小组在最近于美国德克萨斯州举行的月球和行星科学会议上报告了可靠的证据。领导这项研究的明斯特大学地球化学家托尔斯滕·克莱恩说，他们测试了代表几乎所有已知类型的32块陨石，发现“无论你拥有什么样的陨石，它都属于被测试的陨石之一。”

不同的化学成分揭示了小行星(大多数陨石的母体)独特的起源故事。一颗陨石是在小行星带的现有位置附近形成的，其他类型的陨石在原始木星(今天靠近土星轨道)之外进一步融合。直到后来，这些“移民”小行星才在“游荡的”巨行星的推拉下，在今天的小行星带找到了自己的家园。科罗拉多州博尔德西南研究所(SwRI)的行星动力学科学家比尔·博特克认为，化学成分的差异也为确定行星形成的时间提供了其他线索。"这是理解太阳系的强大机制."

加州大学洛杉机分校的陨石科学家保罗·沃伦第一次注意到这种现象，后来被称为沃伦差异。他收集了两块陨石中铬和钛同位素的测量结果。这些金属由垂死恒星的爆炸形成，在气体和尘埃盘中混合在一起，形成行星和小行星。沃伦曾预计被研究的陨石会显示出连续的同位素丰度，因为他认为它们形成于小行星带的广阔区域。然而，他发现在碳质陨石中，同位素水平与其他类型的陨石非常不同。"当我发现这一现象时，我知道这可能是件好事。"沃伦说。

在2011年的一项研究中，沃伦提出，只有当两块陨石相隔数百万年形成时，才会有这样的差异。这种分裂最可能的来源是木星引力造成的空隙。然而，研究证实碳质球粒陨石比其他陨石形成得晚，因此它们独特的同位素化学可能反映了气体和尘埃盘随时间的变化，而不是它们独特的来源。

几年前，克莱恩的团队开始研究另一种金属钼的同位素，并发现了沃伦差异。研究还发现铁陨石分为两种类型，尽管它们几乎都是同时形成的。这意味着有一个物理障碍。“最明显的是木星。”克莱恩说。

克莱恩的团队开始详细阐述其含义:在太阳系形成后的100万年里，木星的核心不断增大，大到足以从其轨道上吸收尘埃，从而制造了障碍。新的富含金属的尘埃(可能来自附近的超新星)流入太阳系，增加了外小行星而不是内小行星的同位素。在接下来的300万到400万年间，木星向内移动，合并了两个“储存库”SwRI动力科学家凯文·沃什说，沃伦的差异不仅证实了预测类似情景的太阳系动力模型，还定义了它们必须处理的约束。

现在，科学家正在从陨石中收集关于早期太阳系的其他线索。一个团队正在研究混合碳质和非碳质成分的稀有陨石(表明它们是在木星迁移后形成的线索)，以确定这两个“储层”何时会合并成一个。与此同时，克莱恩的团队通过比较地幔岩石和陨石中的钼同位素发现了一些初步迹象。他们表明，地球的部分水来自更远的小行星群的撞击。

陨石研究甚至可能逆转46亿年前太阳系本身的年龄。这个数据来自陨石富含钙的铝样品中铀的衰变。这些由太阳热量产生的微小金属“雪花”被认为出现在太阳系形成的最早阶段。但是科学家一直想知道为什么碳质陨石在这些“雪花”中更丰富。这些样本似乎与外太阳系陨石的同位素组成相似。现在，研究人员推断它们是在远离太阳的地方形成的，是由原始木星的热量驱动的。如果是这样，一些标本一定是在木星形成之后形成的。这意味着它们至少比太阳系年轻100万年。“这是向前迈出的一大步。”伯克说，“我很震惊。”

同时，从这个新的角度解释其他陨石的努力也在进行中。“地球上的陨石样本起源于土星附近。想到这一点真是令人惊讶。”博特克说，“几年前，如果你提出这一点，人们会嘲笑你。”