大多数人想象中的小行星，大概会是块状的岩石碎屑，根据远距离观测和飞掠，可能还掺杂了一些金属。它们应该不会太复杂，因为它们只是太阳系形成时留下的残骸。地球上采集到的大部分陨石也含有相同的基础矿物质和元素。
事实证明，深入小行星带并直接采集其中一颗原始天体样本，彻底颠覆了这种看法。2023 年 OSIRIS-REx 探测器采集的贝努（Bennu）原始样本中，充满了意想不到的矿物质。这些矿物质似乎表明，贝努（Bennu）——或者更可能是其母体——可能比我们最初猜测的要湿润得多。
OSIRIS-REx 样本收集器的外部视图，中部右侧可以看到来自贝努（Bennu）的零星小行星物质；大部分样本仍密封在内部。（图片来源：NASA/Erika Blumenfeld & Joseph Aebersold）
NASA/Erika Blumenfeld & Joseph Aebersold
矿物中的水分
首先，我们来谈谈矿物！我们划分矿物的一种方式是看它们是否“水合”。这并不意味着我们要拿出佳得乐，或者期待发现液态水。这意味着水存在于矿物中。确切地说，分子态水以 (OH)- 的形式，是晶体结构和化学式中不可或缺的一部分。因此，像黏土、云母等许多水合矿物富含“水”，但并非我们通常认为的那种湿润。
构成大多数岩石行星的岩石中最常见的矿物，很多都不是水合的——它们在其矿物结构中不含水。然而，如果它们处于一个富含温暖、微酸性水的环境中——比如，在洋中脊的海底——这些矿物就会发生变化，变成水合矿物。
我们称之为热液蚀变——水 + 热 = 改变的矿物。如果矿物的晶体结构和构成元素发生变化，那么它就变成了一种新矿物。所以，以斜长石、辉石和橄榄石为例，这些是玄武岩中最丰富的矿物，都是无水（结构中缺乏水）的。将它们置于湿润的环境（如海底）中数千年至数百万年，很可能会生成新的水合矿物，如绿泥石、蛇纹石、绿帘石和黏土。
这张扫描电子显微镜图像显示了从贝努（Bennu）样本中发现的叶硅酸盐矿物（片状）。图片来源：Lauretta 等人（2024），Meteoritics & Planetary Science。
Lauretta 等人（2024
意想不到的收获
好了，回到贝努（Bennu）。Dante Lauretta 和其他许多人在《Meteoritics & Planetary Science》上发表的一项新研究，描述了 OSIRIS-REx 带回的岩石样本的物理和化学性质。该样本预计富含碳（确实如此），并且含有大量常见的无水矿物（确实如此）。然而，令人意想不到的是，它还含有大量的“叶硅酸盐”（一种围绕硅形成的片状结构矿物的俗称，类似于千层酥）和磷酸盐（以磷为中心的矿物）。
这很奇怪，至少与我们对随机小行星碎片的预期相比是这样。为了形成这些水合和富含磷的矿物，你需要液态水（至少根据我们目前的理解），比如蛇纹石和蒙脱石黏土。热液蚀变通常的玄武岩会产生富含镁和钙的水合矿物，就像在贝努（Bennu）样本中观察到的那样。
2023 年 9 月，装载着 NASA OSIRIS-REx 任务回收的贝努（Bennu）碎片的太空舱，静置在美国犹他州的沙漠中。图片来源：NASA。
NASA。
在地球上，我们发现很多这类矿物与海水在海底形成的玄武岩中的循环有关。同样，磷酸盐通常形成于蒸发的水体中。我们在地球上的盐滩上发现了它们，比如贝努（Bennu）样本着陆的那个地方。所以，它们很可能也需要水。
失落的海洋世界？
然而，事情变得复杂了。对于像贝努（Bennu）这样直径只有半公里大小的天体来说，可能无法存在液态水体。所以，也许那个分裂的母体在其不幸的毁灭之前，是一个非常湿润的世界。它甚至可能被认为是一个像恩塞拉多斯（Enceladus）那样的“海洋世界”吗？
从带回地球的 120 克样本（大约相当于一个香蕉的质量）中，我们可能只能对这个失落的原始行星得出有限的结论。基于遥感数据，我们曾隐约知道贝努（Bennu）含有一些水合矿物。然而，许多这些发现，比如磷酸盐和特定的矿物质，如果没有真正前往贝努（Bennu）并带回样本，是无法实现的。
这正是样本采集如此重要和令人兴奋的原因！我们可以在地球上进行各种非常精细的分析，这是（目前）用机器人无法实现的。机器人非常适合获取“全景”，（有时仍然相当详细），但将物质带回地球供人类检查，确实能帮助我们扩展对太阳系及其起源的认识。
