降落在地球上的大多数陨石都是小行星的碎片,小行星是太阳系中最早的原行星体。科学家认为这些原始物体要么在其历史的早期就完全融化,要么仍然是成堆的未融化的瓦砾。
但是自从1960年代发现以来,陨石家族就迷住了研究人员。在世界各地发现的各种碎片似乎是从同一个原始物体中分离出来的,但是这些陨石的构成表明它们的父母一定是一个令人困惑的嵌合体,既融化又未融化。
现在麻省理工学院和其他地方的研究人员已经确定,这些稀有陨石的母体确实是一个多层的,分化的物体,可能具有液态金属核。这个核心是相当足以产生磁场可能已经是强如今天地球的磁场。
他们的结果发表在《科学进展》杂志上,表明太阳系中最早的物体的多样性可能比科学家们想象的要复杂。
麻省理工学院地球,大气与行星科学系的研究生克拉拉·莫雷尔(Clara Maurel)说:“这是一个必须具有熔融和未熔融层的小行星的例子。它鼓励人们寻找更多有关复合行星结构的证据。” EAPS)。“了解从未融化到完全融化的结构的全部光谱,是破译早期太阳系中小行星形成方式的关键。”
Maurel的合著者包括EAPS教授Benjamin Weiss,以及牛津大学,剑桥大学,芝加哥大学,劳伦斯伯克利国家实验室和西南研究所的合作者。
奇数熨斗
太阳系是在大约45亿年前形成的,是由高温气体和粉尘引起的漩涡。随着该盘逐渐冷却,一些物质碰撞并合并形成逐渐变大的物体,例如小行星。
坠落到地球上的大多数陨石的成分表明,它们来自早期的行星小行星,有两种类型:熔化的和未熔化的。科学家们相信,这两种类型的物体在不到几百万年的时间里,都会相对快速地形成。
如果在太阳系的前150万年中形成了一个小行星,那么短暂的放射源元素可能完全由于其衰变释放的热量而融化了人体。当未融化的小行星的材料中含有较少量的放射源元素,不足以融化时,它们可能随后形成。
在陨石记录中,几乎没有证据显示具有熔化和未熔化成分的中间物体,除了罕见的陨石家族称为IIE铁。
魏斯说:“这些IIE烙铁是奇怪的陨石。” “它们既显示了从未融化的原始物体的证据,也显示了来自已完全融化或至少基本上融化的物体的证据。我们不知道将其放在何处,这就是使我们对它们归零的原因。 ”
磁性口袋
科学家先前发现,熔化的和未熔化的IIE陨石均起源于同一古老的行星小行星,它们可能具有覆盖在地幔之上的固体外壳,例如地球。莫雷尔(Maurel)和她的同事们想知道,这颗小行星是否也可能藏有金属化的熔融核。
“这个物体是否融化到足以使物质沉没到中心并形成像地球一样的金属核?” 莫雷尔说。“那是这些陨石故事中缺少的部分。”
研究小组认为,如果这个小行星确实拥有一个金属核,那么它很可能会产生磁场,类似于地球搅动的液体核产生磁场的方式。这样一个古老的田地可能导致星球上的矿物指向田地的方向,就像指南针中的针一样。某些矿物质本可以保持数十亿年不变。
莫雷尔(Maurel)和她的同事们想知道,他们是否会在撞向地球的IIE陨石样品中找到这种矿物。他们获得了两个陨石,并对其进行了分析,以分析一种以其出色的磁记录特性而闻名的铁镍矿物。
该小组使用劳伦斯伯克利国家实验室的高级光源分析了样品,该光源产生的X射线可以与纳米级的矿物颗粒相互作用,从而可以揭示矿物的磁性方向。
果然,许多晶粒中的电子沿相似的方向排列-证明母体产生了一个磁场,可能高达数十微特斯拉,大约相当于地球磁场的强度。在排除了不太合理的来源之后,研究小组得出结论,磁场很可能是由液态金属芯产生的。为了产生这样的磁场,他们估计岩心必须至少有几十公里宽。
莫雷尔说,这种具有混合成分的复杂小行星(融化了,呈液核和地幔形式,未融化成固体地壳形式)可能要花几百万年的时间才能形成。比科学家直到最近的设想更长的时间。
但是陨石是从哪里来的呢?如果磁场是由母体的核心产生的,这意味着最终落到地球上的碎片可能不是来自核心本身。这是因为液芯仅在仍然搅拌和变热时才产生磁场。在地心自身完全冷却之前,任何会记录古田的矿物都必须在地心之外进行。
该团队与芝加哥大学的合作者一起,对这些陨石的各种形成情况进行了高速模拟。他们表明,具有液芯的物体可能会与另一个物体碰撞,并且这种撞击会将物料从芯中移出。然后,该材料将迁移到靠近陨石起源表面的凹穴中。
毛雷尔说:“随着人体冷却,这些口袋中的陨石会将这种磁场烙印在矿物质中。在某个时刻,磁场将衰减,但烙印仍将保留。” “后来,这个物体将经历许多其他碰撞,直到最终碰撞将这些陨石置于地球轨道上。”
如此复杂的行星状小行星是早期太阳系中的异常值,还是许多这样的分化物体之一?魏斯说,答案可能就在小行星带上,那里是原始残骸的聚集地。
魏斯说:“ 小行星带中的大多数物体表面未融化。” “如果我们最终能够看到小行星的内部,我们可以验证一下这个想法。也许有些小行星被融化了,像这个小行星这样的物体实际上很常见。”