很久很久以前,我们的太阳系里竟然全是…泥球?!

科学
很久很久以前,我们的太阳系里竟然全是…泥球?!
麻省理工科技评论 2017-07-19

2017-07-19

今年7月14日,一个发表在《科学进展》期刊(Science Advance)上的模拟实验结果表明,在早期太阳系中存在的放射性热能,可能并不会让大团的灰尘和冰块变成岩石,其实它们在这之前就被融化掉了。
太阳系 热能
今年7月14日,一个发表在《科学进展》期刊(Science Advance)上的模拟实验结果表明,在早期太阳系中存在的放射性热能,可能并不会让大团的灰尘和冰块变成岩石,其实它们在这之前就被融化掉了。

那些最早的小行星的主要成分是泥巴,而不是岩石。

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今年7月14日,一个发表在《科学进展》期刊(Science Advance)上的模拟实验结果表明,在早期太阳系中存在的放射性热能,可能并不会让大团的灰尘和冰块变成岩石,其实它们在这之前就被融化掉了。

最初形成小行星的碎块叫做碳质球粒陨石(carbonaceous chondrites)。通过对这种陨石的研究,人们获得了很多有关太阳系中最初固态天体的知识。如果你将太阳中的氢元素和氦元素都抽出来,剩下的固体中各种矿物元素比率与这种陨石几乎完全相同。这个结果表明了在形成行星之前,小行星完全是由盘状的气体和灰尘组成的,而非岩石。岩石的形成必须要有水,而且要在相对低温的条件下(150摄氏度左右)。

奇怪的是,这些小行星上面有一些不该共存的特征。假设原本的小行星直径超过了20千米,它们内部所存在的放射性元素,会通过衰败放热的方式来让它增温。有些行星科学家提出了一个设想,他们觉得早期的小行星可能是多孔可渗水的,孔洞中的水就可以形成一个原始的冷却系统,将小行星的温度降低。但是,在这个过程中,水难免会带走小行星中的一些矿物元素,小行星的化学元素构成就不可能如上文所述的那样与太阳基本相同了。来自于澳大利亚珀斯的科廷科技大学(Curtin University of Technology)的行星科学家,Philip Bland说道:“这是一个悖论。”

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图丨这是一个直径为200公里的泥球。这个实验模拟了在冰化了240万年之后,其内部的热流(红色的部分)是如何来回搅动的。这个泥球有一个不断进行对流作用的地幔(黄色的部分)和一个冰冷的地壳(蓝色的部分)。最终,它会逐渐变硬,直到变成一个岩态小行星为止。

有一天,Bland在模拟如何将大团的尘土和冰块压缩成一块岩石的时候,猛然想到了一个问题:如果那些小行星并不是岩石呢?“在小行星形成的时候,没有任何力量去迫使那些小颗粒挤在一起形成岩石。”他说道,“这只是人们的一个假设。”以这个思想为基础,Bland由此而总结出:放射性衰变所产生的热量会将小行星表面的冰融化,并将整个星体变成一大团泥。这些泥会阻止沉淀物进一步活动,所以星体内任何元素都不会被带走。并且,这种现象会让小行星拥有任意大小的体积,并且让它们的外壳保持冰冷。

Bland和来自行星科学研究所(Planetary ScienceInstitute)的同事,Bryan Travis使用了一个模拟程序来观察泥球进化的过程。他们发现,小行星内部存在的对流(类似于在地球地幔中移动岩浆的对流)会进一步的帮助热能传输送到太空中去。几十万年过去之后,这个泥球会完全变成固态,就有了我们今天看到的小行星。“这样的话,就不会有先前的悖论了”,Bland说。这些泥球可以解释小行星和彗星的不同。彗星表面会有更多的冰和岩石,它们一般离恒星很远,形成的也比较晚。所以它们很少受放射性热能的影响,也就不会融化了。

根据这个模拟程序的算法,有些小行星可能一直都是一个泥球;而一些则会进化出更大颗粒的地核,并在它们的表面形成一片巨大的“泥海”。这项发现也可以更好的解释小行星带中最大的天体---矮行星谷神星的存在。根据NASA发射的“黎明号”小行星探测器的观测,谷神星拥有一个岩石组成的地核,并且也曾拥有过海洋(已经蒸发了)。“谷神星的形成过程可能和他们描述的差不多。”来自加州大学洛杉矶分校(UCLA)的行星科学家Edward Young这样说。

来自于布朗大学(Brown University)的行星科学家Brandon Johnson觉得这个模拟程序会启发进一步的研究,“我个人来说对这方便就很感兴趣,这项实验结果让很多现象都解释得通了。”他说。Young同时也表达了他对这个模拟程序的担忧,他担心该程序的适应性问题可能会导致它做出的预测不够具体。“仪器上有很多旋钮,你可以随意地进行设置,我很想知道这里最惊为天人的发现是什么。”他说到。

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