陨石中发现的古老液滴揭示了行星形成的历史

约45亿年前， 木星迅速膨胀成为我们今天看到的巨行星。它巨大的引力扰乱了无数岩石和冰质天体的运行路径，这些天体被称为星子，类似于今天的小行星和彗星。这些扰动导致了剧烈的碰撞，其能量之高甚至使行星内部的岩石和尘埃熔化，形成了被称为球粒的熔岩液滴。许多古老的液滴至今仍保存在坠落地球的陨石中。

在一项新的突破中， 日本名古屋大学和意大利国家天体物理研究所 (INAF) 的科学家发现了这些球粒是如何形成的，并利用它们精确地确定了木星的形成时间。

他们的研究发表在 《科学报告》 上，揭示了陨石球粒的特征，包括其大小和在太空中的冷却速度，是由碰撞行星中水的含量决定的。这一发现不仅与科学家在陨石样本中观察到的结果相吻合，也证实了行星的诞生直接驱动了陨石球粒的形成。

显微镜下，阿连德陨石薄片上可见圆形球粒。图片来源：京都大学三宅彰

46亿年前的时间胶囊

陨石球粒，即直径约0.1至2毫米的小球体，在太阳系形成时被整合到小行星中。数十亿年后，这些小行星的碎片会脱落，并以陨石的形式坠落到地球上。陨石球粒是如何形成圆形的，几十年来一直困扰着科学家们。

“当行星相互碰撞时，水瞬间蒸发成膨胀的蒸汽。这就像微型爆炸一样，将熔融的硅酸盐岩石分解成我们今天在陨石中看到的微小液滴，”该研究的共同第一作者、名古屋大学地球与环境科学研究生院的Sin-iti Sirono教授解释道。“以前的形成理论无法解释球粒的特征，除非需要非常特殊的条件，而这个模型需要木星诞生时早期太阳系中自然发生的条件。”

木星引力引发行星碰撞，岩石融化成水滴，并被膨胀的水蒸气分散。图片来源：Diego Turrini 和 Sin-iti Sirono

研究人员开发了木星成长的计算机模拟，并追踪了木星的引力如何导致早期太阳系中岩石和富含水的行星之间发生高速碰撞。

“我们将模拟陨石球粒的特征和丰度与陨石数据进行了比较，发现该模型能够自发生成真实的陨石球粒。该模型还显示，陨石球粒的形成与木星剧烈积聚星云气体并最终达到其巨大尺寸的时间相吻合。陨石数据显示，陨石球粒形成的高峰期发生在太阳系诞生后180万年，因此这也是木星诞生的时间，”该研究的共同第一作者、意大利国家天体物理研究所（INAF）高级研究员迭戈·图里尼博士说道。

显微镜下，阿连德陨石薄片上可见圆形球粒。图片来源：京都大学三宅彰

确定行星形成时间的新方法

这项研究为我们太阳系的形成提供了更清晰的图景。然而，木星形成时引发的陨石球粒形成过程过于短暂，不足以解释为何我们在陨石中发现不同年龄的陨石球粒。最可能的解释是，其他巨行星，例如土星， 在诞生时也触发了陨石球粒的形成。

通过研究不同年龄的陨石球粒，科学家可以追溯行星的诞生顺序，并了解我们的太阳系是如何随着时间推移而演化的。这项研究还表明，这些剧烈的行星形成过程可能发生在其他恒星周围，并为了解其他行星系统是如何演化的提供了新的见解。

编译自/scitechdaily