太空鉆石揭秘太陽系的“黎明時代”

張唯誠

在一塊來自太空的巖石中，科學家發(fā)現了不同尋常的鉆石。這個發(fā)現意味著，這塊巖石來自一顆古老的行星，它可能和水星或者火星差不多大。在太陽系形成的“黎明時代”，這顆行星破碎了，里面的物質進入茫茫太空，成了小行星和隕石。科學家還在這塊太空巖石中發(fā)現了少量的鐵和硫黃，它們被包裹在鉆石里，暗示了那些鉆石形成時的高壓環(huán)境。

這塊太空巖石的“父母”可能是一顆“原行星”，這種天體被天文學家形容為大行星的“胚胎”。它們會在一系列高能碰撞的過程中變成一顆真正的行星，即內太陽系中的固體行星，如火星、地球和金星等。在這個過程中，原行星消失了，成了大行星的一部分。這樣的故事非常古老，發(fā)生在太陽系形成時劇烈動蕩的遙遠年代。

消失得最早的行星

瑞士地球物理學家菲利浦·吉爾利特供職于瑞士洛桑聯邦理工學院，他和他的同事一起分析了被稱為“第六站隕石”的隕石碎片。它們是科學家第一次完整追蹤到的從太空撞向地球的一顆小行星的一部分，于2008年掠過蘇丹的努比亞沙漠。吉爾利特說：“我們手里拿著的可能就是一顆消失得最早的行星的碎片。”

原來，“第六站隕石”屬于橄輝無球粒隕石，其組成不同于太陽系中任何其他已知的石質行星，在這種隕石中含有非常小的鉆石。

在一塊太空巖石中，科學家發(fā)現了不尋常的鉆石，顯示巖石可能來自一顆“原行星”的內部。

鉆石是由純碳形成的晶體，它們可以在強大的碰撞中形成，也可以在壓力非常高的致密環(huán)境中形成。“第六站隕石”中的鉆石寬度僅為100微米，這樣的尺寸很難在碰撞中產生，但是可以在非常大的小行星內部形成。如果這顆小行星的直徑在1000千米以上，其內部的壓力就可能高到足以將碳擠壓成鉆石。

研究人員還發(fā)現了另外一件奇怪的事，這也讓他們更加肯定這些寶石并非來自一般的小行星。瑞士洛桑聯邦理工學院的另一位物理學家塞西爾·赫伯特說，那些鉆石是圍繞著更小的鐵和硫的晶體生長的。通常鐵和硫會像油和水一樣互相排斥，要使這些晶體結合在一起，必須在巨大的壓力環(huán)境中，這種壓力比我們在地球海平面上感受到的壓力高出近20萬倍。這種環(huán)境可能存在于何處？赫伯特說，“那只能在一個非常大的行星的中心”。他估計，這顆行星的大小應該介于水星和火星之間，直徑達到4900至6800千米。

尋找原行星

這種天體被稱為原行星。科學家在對早期太陽系的模擬中得出結論，認為原行星可能存在于大約40億年前，那時是太陽系形成的早期。在之后的歲月中，只有少數原行星演化形成了現在的4顆巖質大行星：水星、金星、地球和火星，其余的可能在1億年的漫長過程中因相互撞擊而分裂了。吉爾利特和他的團隊于2018年4月17日在《自然通訊》上公布了他們的發(fā)現。他說：“我們正在確認這種古老的行星是否真的存在。”

要尋找這種古老的行星最好到小行星帶中去。假如“第六站隕石”來自一顆原行星，那么在小行星帶中應該還有可能找到類似的天體。科學家現在推測，存在于小行星帶中的灶神星就是這樣的一種天體。研究表明，灶神星的巖石熔化過，說明它的內部擁有巨大的壓力。但也有人認為，熔化是由一次超新星爆發(fā)造成的。假如灶神星真的熔融過，那么這顆星球冷卻后就會出現“分層”，它可能變得很像地球，有一層殼、幔，甚至有一個核。人們在來自灶神星的物質中發(fā)現了星球熔融的證據——輝石，它們一般只能在熔巖中存在。人們也沒有在灶神星的隕石中找到鐵，這表明灶神星的表面沒有鐵，它們和表面物質分離后沉到了星球的內部;因此灶神星應該有一個鐵核，它的內部擁有足夠高的壓力。

放大的隕石圖片。圖中藍色區(qū)域是鉆石，黃色為小塊硫黃和鐵，表明隕石來自一顆失蹤已久的行星。灰色部分是石墨。

綜上所述，科學家推測，灶神星可能就是一顆來自早期太陽系的被“遺留”下來的原行星。它原本應該有一些“同伴”，但那些“同伴”大多在大約40億年前成了像地球這樣的巖質大行星的一部分。

關于行星起源的推測

假如原行星真的存在，科學家就可以對太陽系的起源提出新的推測——地球和其他類似地球的巖質行星可能是分兩步形成的：第一步是形成原行星，第二步是吸納已經有了核和其他分層結構的原行星，從而演化成為現在我們看到的大行星。

灶神星

也就是說，地球可能并不是直接形成的，它經歷了吸納原行星的演化過程，然后才成長為一顆大行星。也許只有氣態(tài)巨行星——木星、土星、天王星和海王星——是直接形成的。

這張顯微鏡圖片顯示了隕石中發(fā)現的鉆石晶體。

現在的問題是，那塊擁有鉆石的隕石是否真的來自一顆古老的原行星呢？目前，科學家的看法并不統(tǒng)一。美國亞利桑那州立大學的太空化學家米納克什·瓦德瓦表示，這是科學家第一次在隕石中發(fā)現的、可以證明一顆已經消失的原行星曾經存在過的跡象的直接證據，但哥本哈根丹麥自然歷史博物館的太空化學家馬丁·比扎羅則認為，原行星并不是唯一可能的解釋。比扎羅說，要確定這種解釋，人們還需要做更多的研究，所以這塊隕石是否真的來自一顆原行星“仍然是一個懸而未決的問題”。

看來，要想獲得答案，人們還得做更多細致的工作。