具有不同类别和来源的陨石,如何解锁太阳系的演化?

在我们的地球上,许多已被发现的陨石都超过了4.6亿年,而它们的形成皆始于太阳系中曾发生的碰撞事件。哪怕是一个鉴别经验丰富的专业人员,也需要借助仪器来确定目标物体是否是陨石,以及它应该来自于何处,所谓的肉眼观测只能起到辅助性作用。科学家们正是通过对这些碰撞之后留下的残余物进行研究,以了解这些在小行星发生碰撞之前就已在地球坠落的陨石,与早期太空中的岩石成分有何不同。我们都知道,陨石也会根据其自身的特点,而被划分为不同的类别,并且,陨石的来源也并不单一。那么,这些最终在地球上形成陨石的物体,如何帮助我们解锁太阳系演化过程中的诸多秘密?

不同类别的陨石具有怎样的特征

科学家们根据陨石组成材料的不同,将其主要划分为铁陨石、石陨石和石铁陨石这三种类型。这些不同的陨石类型具有不同比例的金属含量。顾名思义,石陨石中铁镍金属的含量最低,通常都小于或等于30%左右,而铁陨石的铁镍金属含量则是其中最高的一种,大约可以占据95%左右的百分比。从整体组成成分和构成来看,铁陨石中铁和金属镍的含量分别占比90%和8%左右,它的外层一般都被黑色或褐色的氧化层(融壳)所包围,且遍布着大小不等的圆坑(气印),同时还具有不同形状的沟槽(溶沟),而这一切都始于陨落过程中的剧烈燃烧。

事实上,石陨石这个类别占据了陨石总体量的95%左右,被广泛地认为代表了创造太阳系时的残余碎片,通常都含有生物体分子基础的含碳或有机的化合物,甚至还存有水的痕迹。但它的构成成分中只含有微量的金属铁微粒,主要是由橄榄石这样的硅酸盐矿物、少量斜长石和辉石所构成,并且,由于其内部组成并不统一,因而又被划分为了不含球粒结构的不含球粒陨石,以及含有球粒结构的球粒陨石。而石铁陨石的构成除了铁镍金属之外,还含有硅、酸和盐矿物等,可达到70%左右的含铁量,由于其内部的构造和主要构成成分区别,因而又再次被分为了橄榄石石铁陨石、古铜辉石和中铁陨石这几种类型。

陨石从形成到坠落经历的演变过程

在太阳的周围,有不计其数的小天体围绕其运行,它们的直径值涵盖了从几厘米到数十公里的范围,当处于不断运行状态之中的它们发生撞击之时,便会因为高压高温环境而成为熔融体。通常情况下,哪怕是同一颗陨石也会拥有两种不同特性的熔壳,首先是在太空环境中发生撞击时拥有的熔壳,其次是当其进入我们的地球大气层之后,通过与空气发生的摩擦而又一次形成的新熔壳。或许你有所不知,当陨石处于高空飞行状态的时候,其表面温度高达数千度,陨石正是在这样灼热的温度下融化为液体,直到底层浓密大气让其逐渐冷却之后才形成了熔壳。

事实上,对于大多数流星体而言,只要它们进入大气层基本都会面临被瓦解的命运,并且,也只有足够大的陨石才会在地面形成较大的撞击坑,因而我们每年新发现的陨石坠落现象并不多。当大气层有流星体穿越而过的时候,有的火球可明亮到与我们的太阳光度相媲美,然而它们中的大多数都相对更为暗淡,若这样的过程发生在白天,我们将很难注意到它的坠落。流星体在进入大气层之后会被雕刻成各种形态,碎裂的它们也可能会形成几颗、乃至几千颗的陨石雨。而这个集中坠落的区域被称为散布区,且往往呈现出椭圆的形态,而这场陨石雨中最大的一颗陨石,则会选择在该散布区最远的地方坠落。

陨石如何解锁太阳系演化的秘密

科学家们经过长时间以来的研究发现,那些坠落在地球上的陨石和早期太空岩石的成分并不相同,并且,当下那些常见的陨石和特别罕见的陨石,在很久以前呈现出了截然相反的稀有程度。更好地了解陨石这种碰撞残骸的构成和来源,便能为我们解锁更多太阳系演化的秘密。比如,地球上的某些罕见陨石,就揭示了其形成于小行星灶神星的大规模撞击事件之中。科学家们研究发现,当天空中明亮的小行星灶神星遭遇巨大的撞击,便可能会导致由铁和石头混合而成的稀有陨石,而该事件的发生时间至少超过了45亿年,灶神星和只有其十分之一大小左右的岩石发生了碰撞,并被这块岩石渗透了核心。

该研究对象是一种中铁陨石,虽然它是石铁陨石中的一种,但却具有特殊的化学成分,而这些成分都指向它的来源并不简单,且源自于小行星的熔融金属核心。而这颗小行星,正是太阳系中第二大的小行星灶神星,这意味着在太阳系早期,灶神星进化过程中发生了一次巨大的撞击事件。陨石重金属和晶体的物理特性都表明,这些混合在一起的材料应形成于一个宽度大约530公里左右的小行星的熔融核心,而这一切都刚好与灶神星相匹配。

与此同时,研究人员还对锆石中铀和铅的同位素水平进行了检擦,从数据结果来看,这些陨石中硅酸盐的形成时间应该在45.5亿年前,而金属和硅酸盐之间的混合则大概发生在45.2亿年前,混合发生的时间比其中物质本身的形成时间略晚。简而言之,当灶神星在形成之后得到了充分冷却,并拥有了分离不同地壳、核心层和地幔的能力,就被一块大约灶神星十分之一大小的岩石所撞击,然后在其北半球遗留下了一个延伸至其核心的陨石坑。通过中铁陨石在灶神星上形成时间的确定,科学家们重建了该小行星的进化史,而其他星体也将更多地运用到这样的概念,而太阳系演化过程的诸多秘密也因此而被解开。