#让陨石告诉你太阳系童年的秘密# 仰望星空,或有美丽流星划过夜空。一群进行太阳系考古的学者,要从陨石中捕捉各种蛛丝马迹,尝试推演太阳系漫长历程中的一幕幕尚不为人知的故事。浙江大学物理学院研究员刘倍贝正是这群人中的一员。

4月22日,《科学进展》刊发他与丹麦哥本哈根大学和瑞典隆德大学学者合作新成果https://t.cn/A66scG5i,研究者从陨石同位素含量两极化的现象入手,推演了太阳系形成最初的五百万年间发生的故事。

研究者指出,原行星盘气体的外流是一双“看不见的手”,它参与了早期太阳系的塑造,影响了小天体和行星的形成。刘倍贝及合作者据此构建了早期太阳系天体形成的新模型。

解密早期太阳系的形成和演化

刘倍贝要推演的历史,聚焦于太阳系诞生之初的五百万年,这是太阳系的童年期:幼年太阳还在成长,它的周围环绕着一个扁平的气体圆盘,也称为原行星盘,它就像行星们的共同“摇篮”,行星靠不断吸积盘中漂浮的固体颗粒长大。而作为“天外来客”的陨石——太阳系里的小行星、彗星或行星撞击地球后产生的碎片,它们的母体也形成于同一时期同一“摇篮”。

“陨石保留着太阳系童年期的原始信息。”刘倍贝说,“我可以通过对陨石的研究,解密探索早期太阳系形成和演化的过程。这有点像破案,需要大胆的想象和缜密的推理,把不同的案发线索串联起来,还原事件的真相。”摆在刘倍贝等学者面前的确实有一桩“大案”:陨石的同位素含量存在明显的两极化,泾渭分明的现象。

从物质成分上,陨石可分为炭质陨石和非炭质陨石。炭质陨石含有更多的挥发性物质,包括含碳有机物和水等,而非炭质陨石则含有更多的难熔性金属元素。

学界认为,这种的差异源于陨石的母体形成时的位置。“原行星盘越靠近太阳的位置,温度就越高,挥发性物质含量就越低,以非炭质固体物质为主;越远离太阳,温度越低,以炭质物质为主。”刘倍贝又从最近的研究中发现了一条新线索:这两类陨石的同位素含量也大相径庭。

“没有发现任何一块陨石处于中间地带。”刘倍贝说,这种两极化的现象令天文学界尤为惊讶。根据同位素测年法,陨石的形成时间横跨整个原行星盘阶段,它们吸积的固体物质通常而言是相互流通的,它们在组分上应该呈现一定的连续性,然而真实观测则是两极化。

“它在告诉我们什么呢?”刘倍贝说,两极化的现象提示了在原行星盘中可能存在大尺度、长时间的物质隔离,这是人们在研究太阳系早期演化中碰到的一大难题。

木星开沟真的塑造了早期的太阳系?

长时间、大尺度的物质隔离,让人联想到空间隔绝的可能性。会不会有一种力量,让原行星盘形成了彼此相互隔离的区域?有学者提出,这种力量来自于太阳系中的大兄长气态巨行星木星,即“木星开沟”理论可以用来解释陨石成分两极化的现象。

他们认为,木星的固体核在太阳系诞生之初的一百万年内形成,它凭借其巨大的质量和强大的引力,在气体盘中开一个深沟,完全阻断后续固体颗粒的内流,内外盘的固体物质自此隔绝。

最近几年的天文观测也捕捉到了“巨行星开沟”的证据。ALMA射电望远镜阵列观测到的AS 209系统的原行星盘,位于距地球410光年外的蛇夫座。该行星盘显示出明显的环状沟壑,中间深色的暗沟被认为由类似于木星的巨行星“开沟”导致。

“木星开沟真的塑造了早期的太阳系吗?”刘倍贝提出了质疑。最大的疑点来自于形成于内盘的两种非炭质陨石,普通球粒陨石(OC)和顽火辉石球粒陨石(EC)。

“如果木星真在气体盘中开一个深沟而完全阻断后续固体颗粒的内流,则内外盘的固体物质自此隔绝。那么内盘非炭质固体颗粒物会因快速迁移而消耗殆尽。这样一来,普通球粒陨石(OC)和顽火辉石球粒陨石(EC)的母体就没有可以吸积的非炭质固体颗粒物,就无法长大了。”刘倍贝说。陨石测年研究表明,O型和E型球粒陨石形成于太阳系诞生后的两到三百万年间,这说明,非炭质固体颗粒物还是能长时间流通且存在于内盘区域。

相反地,如果木星开的沟不够深,就不能有效地阻挡固体颗粒的迁移,内外盘的物质还是流通的,就无法导致两类陨石同位素的两极化现象。“我们发现,‘木星开沟’很难自洽地同时解释太阳系陨石形成年龄和同位素含量这两大观测。”刘倍贝说。

重新审视太阳系的童年

还有什么物理机制解释陨石的两极化呢?刘倍贝提出了一种全新的想法,从时间演化上的隔绝来解释陨石同位素的两极化。

在太阳系的童年时期,原行星盘中的固体颗粒因会源源不断从外盘区域迁移流向内盘。刘倍贝和他的合作者提出,研究这一过程应该充分考虑行星盘中气体的运动,这一点在过去的工作中被忽视了。气体盘中的流体遵循着动量守恒原则,盘内侧区域的气体向内流,最后被太阳吸积。与此同时,外盘的气体向外流,不断地扩充着盘的外部疆域。“就像涨潮的海水,不断地向外吞噬岸边的沙滩。”刘倍贝说。

考虑原行星盘气体外流效应之后,他们重新对盘内固体颗粒物的迁移状况进行了模拟,结果显示:在盘外部气体外流的推动下,固体颗粒物的迁移速率和方向发生改变。它们最终进入内盘的时间被大大延长了。

“我们发现,初始位于25个日地距离(AU)以外的炭质固体颗粒需要经过三百万年才会最终迁移进入内盘类地行星形成区。”刘倍贝说。

刘倍贝用了一张图表形象地展示了这一“复盘”:不同时期、不同位置的陨石母体以及它们的同位素含量的差异。“重要的是,该模型预示着不同陨石的同位素差异并不是空间上的隔绝,而是形成时间上的演化。”刘倍贝说。

早期,位于内盘的火星和地球吸积的是非炭质固体颗粒。在约两至三百万年之后,炭质颗粒物最终迁移进入内盘。此后地球和火星吸积炭质物质长大,因而它们的同位素含量是两大类固体物质的混合。这也自洽地解释诸如观测上的火星和地球的同位素含量是介于这两类陨石之间。

刘倍贝说,从现有的观测出发,并不能对木星的形成时间给出更严格的限制。现今的木星位于距太阳5.2 AU处,木星形成的位置学界有两种假说。一种认为木星为原位形成,成长过程中没有大尺度的轨道迁移。另一种认为木星形成于外盘较远处(10 AU 之外)。

“我们的模型更支持后者。”刘倍贝说,因为木星大气中发现的诸多易挥发性元素包括碳,磷,氮和氩其含量均比太阳高出数倍之多,这一现象很难被原位形成理论解释。

此外,木星质量增长之余也与气体盘相互作用,产生向内的轨道迁移。木星内移过程中不断地散射沿途的炭质陨石母体进入内盘,产生了现今太阳系小行星带的特有的群体分布和轨道构型。https://t.cn/A66scG5x

#让陨石告诉你太阳系童年的秘密# 仰望星空,或有美丽流星划过夜空。一群进行太阳系考古的学者,要从陨石中捕捉各种蛛丝马迹,尝试推演太阳系漫长历程中的一幕幕尚不为人知的故事。浙江大学物理学院研究员刘倍贝正是这群人中的一员。

4月22日,《科学进展》刊发他与丹麦哥本哈根大学和瑞典隆德大学学者合作新成果https://t.cn/A66scG5i,研究者从陨石同位素含量两极化的现象入手,推演了太阳系形成最初的五百万年间发生的故事。

研究者指出,原行星盘气体的外流是一双“看不见的手”,它参与了早期太阳系的塑造,影响了小天体和行星的形成。刘倍贝及合作者据此构建了早期太阳系天体形成的新模型。

解密早期太阳系的形成和演化

刘倍贝要推演的历史,聚焦于太阳系诞生之初的五百万年,这是太阳系的童年期:幼年太阳还在成长,它的周围环绕着一个扁平的气体圆盘,也称为原行星盘,它就像行星们的共同“摇篮”,行星靠不断吸积盘中漂浮的固体颗粒长大。而作为“天外来客”的陨石——太阳系里的小行星、彗星或行星撞击地球后产生的碎片,它们的母体也形成于同一时期同一“摇篮”。

“陨石保留着太阳系童年期的原始信息。”刘倍贝说,“我可以通过对陨石的研究,解密探索早期太阳系形成和演化的过程。这有点像破案,需要大胆的想象和缜密的推理,把不同的案发线索串联起来,还原事件的真相。”摆在刘倍贝等学者面前的确实有一桩“大案”:陨石的同位素含量存在明显的两极化,泾渭分明的现象。

从物质成分上,陨石可分为炭质陨石和非炭质陨石。炭质陨石含有更多的挥发性物质,包括含碳有机物和水等,而非炭质陨石则含有更多的难熔性金属元素。

学界认为,这种的差异源于陨石的母体形成时的位置。“原行星盘越靠近太阳的位置,温度就越高,挥发性物质含量就越低,以非炭质固体物质为主;越远离太阳,温度越低,以炭质物质为主。”刘倍贝又从最近的研究中发现了一条新线索:这两类陨石的同位素含量也大相径庭。

“没有发现任何一块陨石处于中间地带。”刘倍贝说,这种两极化的现象令天文学界尤为惊讶。根据同位素测年法,陨石的形成时间横跨整个原行星盘阶段,它们吸积的固体物质通常而言是相互流通的,它们在组分上应该呈现一定的连续性,然而真实观测则是两极化。

“它在告诉我们什么呢?”刘倍贝说,两极化的现象提示了在原行星盘中可能存在大尺度、长时间的物质隔离,这是人们在研究太阳系早期演化中碰到的一大难题。

木星开沟真的塑造了早期的太阳系?

长时间、大尺度的物质隔离,让人联想到空间隔绝的可能性。会不会有一种力量,让原行星盘形成了彼此相互隔离的区域?有学者提出,这种力量来自于太阳系中的大兄长气态巨行星木星,即“木星开沟”理论可以用来解释陨石成分两极化的现象。

他们认为,木星的固体核在太阳系诞生之初的一百万年内形成,它凭借其巨大的质量和强大的引力,在气体盘中开一个深沟,完全阻断后续固体颗粒的内流,内外盘的固体物质自此隔绝。

最近几年的天文观测也捕捉到了“巨行星开沟”的证据。ALMA射电望远镜阵列观测到的AS 209系统的原行星盘,位于距地球410光年外的蛇夫座。该行星盘显示出明显的环状沟壑,中间深色的暗沟被认为由类似于木星的巨行星“开沟”导致。

“木星开沟真的塑造了早期的太阳系吗?”刘倍贝提出了质疑。最大的疑点来自于形成于内盘的两种非炭质陨石,普通球粒陨石(OC)和顽火辉石球粒陨石(EC)。

“如果木星真在气体盘中开一个深沟而完全阻断后续固体颗粒的内流,则内外盘的固体物质自此隔绝。那么内盘非炭质固体颗粒物会因快速迁移而消耗殆尽。这样一来,普通球粒陨石(OC)和顽火辉石球粒陨石(EC)的母体就没有可以吸积的非炭质固体颗粒物,就无法长大了。”刘倍贝说。陨石测年研究表明,O型和E型球粒陨石形成于太阳系诞生后的两到三百万年间,这说明,非炭质固体颗粒物还是能长时间流通且存在于内盘区域。

相反地,如果木星开的沟不够深,就不能有效地阻挡固体颗粒的迁移,内外盘的物质还是流通的,就无法导致两类陨石同位素的两极化现象。“我们发现,‘木星开沟’很难自洽地同时解释太阳系陨石形成年龄和同位素含量这两大观测。”刘倍贝说。

重新审视太阳系的童年

还有什么物理机制解释陨石的两极化呢?刘倍贝提出了一种全新的想法,从时间演化上的隔绝来解释陨石同位素的两极化。

在太阳系的童年时期,原行星盘中的固体颗粒因会源源不断从外盘区域迁移流向内盘。刘倍贝和他的合作者提出,研究这一过程应该充分考虑行星盘中气体的运动,这一点在过去的工作中被忽视了。气体盘中的流体遵循着动量守恒原则,盘内侧区域的气体向内流,最后被太阳吸积。与此同时,外盘的气体向外流,不断地扩充着盘的外部疆域。“就像涨潮的海水,不断地向外吞噬岸边的沙滩。”刘倍贝说。

考虑原行星盘气体外流效应之后,他们重新对盘内固体颗粒物的迁移状况进行了模拟,结果显示:在盘外部气体外流的推动下,固体颗粒物的迁移速率和方向发生改变。它们最终进入内盘的时间被大大延长了。

“我们发现,初始位于25个日地距离(AU)以外的炭质固体颗粒需要经过三百万年才会最终迁移进入内盘类地行星形成区。”刘倍贝说。

刘倍贝用了一张图表形象地展示了这一“复盘”:不同时期、不同位置的陨石母体以及它们的同位素含量的差异。“重要的是,该模型预示着不同陨石的同位素差异并不是空间上的隔绝,而是形成时间上的演化。”刘倍贝说。

早期,位于内盘的火星和地球吸积的是非炭质固体颗粒。在约两至三百万年之后,炭质颗粒物最终迁移进入内盘。此后地球和火星吸积炭质物质长大,因而它们的同位素含量是两大类固体物质的混合。这也自洽地解释诸如观测上的火星和地球的同位素含量是介于这两类陨石之间。

刘倍贝说,从现有的观测出发,并不能对木星的形成时间给出更严格的限制。现今的木星位于距太阳5.2 AU处,木星形成的位置学界有两种假说。一种认为木星为原位形成,成长过程中没有大尺度的轨道迁移。另一种认为木星形成于外盘较远处(10 AU 之外)。

“我们的模型更支持后者。”刘倍贝说,因为木星大气中发现的诸多易挥发性元素包括碳,磷,氮和氩其含量均比太阳高出数倍之多,这一现象很难被原位形成理论解释。

此外,木星质量增长之余也与气体盘相互作用,产生向内的轨道迁移。木星内移过程中不断地散射沿途的炭质陨石母体进入内盘,产生了现今太阳系小行星带的特有的群体分布和轨道构型。https://t.cn/A66scG5x

世界读书日书籍推荐:

前几天重温了多年前看的《美丽心灵》,主人公约翰•纳什从一个不苟言谈的书呆子到后来成长为知名的诺贝尔奖获得者经济学大师,他通过观察周围的人与事物总结规律,推翻了存在几十年的经济学定理,天才在左疯子在右,一切现象都存在着必然的运动规律,天上的星星是存在在我们周围的各种行为亦是,明日读书日推荐图书:《怪诞行为学》,让我们一起探索那些可预测的非理性[并不简单]


发布     👍 0 举报 写留言 🖊   
✋热门推荐
  • 话虽没错,可是宋丹丹这话说的是真的太难听了,尤其是最后一句话,她贬低的不仅仅是汪苏泷一个人,甚至连第一季的其他人也损了。❶⓿ 你信不信,一个陪了你几天的人,就可
  • 回忆起那天的晚风,天台远望着的化工厂,用320的快门也抓不住的泡泡,我们难过的接纳我们都不指望我们能有未来的事实了。在它之前,我笃信我的爱是给出去就收不回来的东
  • 】第三张哈哈跟第四张肉肉,真是一个暴躁一个温柔,给哈哈喂食还要向我伸爪爪,小心我凶你 肉肉真是很乖了但是太瘦,希望美腻肉肉以后长得胖胖的,猫中胖花 ​​​【放
  • 一天,边氏梦见有一个女子,穿着红上衣,白裙子,正站在庭前用手掬水,忽然又抬起头,对边氏道:“我是昆山县陈提举的女儿,来南禅寺参加水陆法会,若是自此功德圆满,就当
  • #SVT中转周边[超话]#出 图上标价出 多张起出 橙字需捆弟最少2-3张坐标广东 走链接 懂包装❗默认出厂瑕 (没入卡坑所以平常不会很在意瑕 可能会
  • 梵希老师——空中女神独创的空中教学方法,让吊床变成脂肪的终结者开跨的神器体能的加油站⛽️想要极速瘦身吗?……给自己5⃣️天时间,跟着梵希老师一起享受蜕变吧!
  • ​【《#只是结婚的关系# 》土甜收官,霸总剧如何拍出新意?|专访乐享影业】令大多数人没想到的是,一部集结了霸道总裁、落魄娇妻、契约婚姻等古早网文梗的甜宠剧在精品
  • 开学一个多月让我怀疑万年不下大雨的湘潭今天终于下了场豆大的雨 淋湿全身跑回宿舍发现原来雨天在宿舍走廊训练的事情是真的[二哈]然而现在雨停了操场估计马上就能干下午
  • 你可千万不要小瞧这款燕窝礼盒呢,它里面的营养也是超级棒的哦~ 在网上买燕窝你也可以非常的放心,因为他们家的燕窝都是非常新鲜的。你可千万不要小瞧这款燕窝礼盒呢,
  • 阿里巴巴淘小铺绝对优势多多,适合所有努力的人「淘小铺」淘小铺 「淘小铺」「淘小铺」【淘小铺】的主体就是阿里巴巴集团阿里巴巴集团封山之作【淘小铺】目标是做成全球社
  • (2012)穗中法民二终字第2019号法官葛卫东问:你不是为钱为什么上诉、我答:只是为了揭穿侵吞国家财产、法官问:这钱与你有冇关系、我讲冇关系、一场庭审我就说了
  • 而这本身也决定了资 本主 义不同与以往的社会形态,资 本主 义的剥 削不是一下子的剥 削,而是“一天,一天,一小时,一小时”地剥 削,它们每时每刻不在剥 削着,
  • Niko买了鲁梅尼格球衣无比开心...父亲会看Niko的每一场比赛,他对Niko既有鼓励也有严格要求,让小Niko知道职业体育的残酷,引导他成为真正的职业球员。
  • 6.不玩股票就是第一没那个技术,第二没那个时间,第三没那个精力,买基金一定要管住手,知行合一,看好一个基就坚定的买,不要左顾右盼。5.b浪是肯定,唱空的很多,但
  • 农科院地铁站的墙画真的是一绝啊几经波折最后仍然是目的地的公园⛲️有点让人晕桥但不绝的人群 更换的苗木 是第一次的幸福湾印象下一次会有更多的期待对于那些爱而不得的
  • 那些天边飘来的云朵,一旦告别瀚海,便是寻找和皈依,无论一束草的青睐,还是一朵花的微笑,只因曾经澎湃,柔软的目光,都会认真向阳,折射出内心的风采。心的湿滑,与季节
  • • 为什么我们要做成本高一点 纯手工无添加的产品 因为食品添加剂对人的危害 目前我国有20多类近1000种食品添加剂• 如甜味剂 着色剂等等 几乎所有加工食品都
  • 夏日的傍晚,刘冠佑 六罐柚 六罐佑 刘佑 刘小佑那热情的烈阳,甚至会把天空渲染成美丽的绯红,把地面上的一切都映成了红色。它们连成一大片,当你抬头时,你会发现,在
  • 【我和胖胖】晚间胖胖做完明天的早饭后,[awsl]我邀请他陪我出去遛弯,我觉得家里太闷了,可能是刚做完饭懒得动[酸],我再三邀请无果后决定一个人出去溜达溜达[吃
  • 有的企业如海南大厦、国天物业、中经国际、中国黄金地质、华远卫士、新民菜市场等,坚决落实属地责任,成立应急小组,制定《公共卫生突发事件应急处理预案》管好本单位职工