太空岩石揭示太阳系历史

人类已知最古老的天体于1969年2月8日从天而降，如同神谕一般。一道蓝白色的火球划过墨西哥北部上空，凌晨1点05分，伴随着数百英里外都能听到的噼里啪啦的爆炸声。一颗小行星撞击了地球大气层并爆炸——成千上万的岩石碎片散落在沙漠上。

NASA派遣科学家前往坠落地，几天后他们带回了13块太空岩石碎片。每块岩石的外表都覆盖着一层光滑的玻璃状外壳，这是大气层进入时高温熔化形成的。但当岩石被敲开时，它们的内部却依然完好无损：灰黑色的石头中夹杂着许多豌豆大小的白色和灰色颗粒。

这颗命名为“阿连德”的陨石，以坠落点附近的墨西哥村庄命名，确实是来自天堂的预兆。它包含了我们过去的秘密——来自太阳系诞生时的奇特物质，以及在我们太阳诞生之前早已死亡的恒星的余烬。自48年前坠落到地球以来，这颗陨石激发了对我们行星起源的研究，最近促成了NASA去年秋天启动的一项任务，直接从源头采集更多这种原始物质。科学家们正在揭示地球上最古老的故事——这是一个非凡的故事。

第一批岩石

天文学家们一直怀疑我们的太阳系是由一片巨大的气体和尘埃云凝聚而成的。起初，那片云的一小部分在自身引力的作用下坍缩，形成了微弱的原恒星。随后，围绕它旋转的气体盘逐渐形成了行星。

粗略的轮廓听起来不错，但细节仍然是个谜。原始混合物中包含哪些成分？行星真的能从尘埃中产生吗？我们的太阳系是缓慢、平静的凝聚而成，还是经历了无法言说的暴力？随着天文学家们对阿连德陨石的研究，他们很快意识到，他们手中已经掌握了一些答案。

关键在于陨石内部数不清的颗粒，它们曾经在古老的原行星盘中翻滚，沐浴在炙热的气体和尘埃中。每一颗颗粒都像一个时间胶囊，记录着太阳形成初期的数百万年的条件。

阿连德陨石中的白色球体，被称为CAIs（钙铝富集包裹体），首先引起了注意。这些球体富含即使在极高温度下也能保持固态的金属。这些包裹体有时排列成精美的晶体，并带有细长的晶须。

法国蔚蓝海岸天文台的宇宙化学家Guy Libourel说：“我们在地球上找不到类似的物体。”20世纪60年代的科学家们推测，CAIs是太阳系中形成的第一批固体物质——第一批岩石。他们推断，当原行星盘的内部区域冷却到3000华氏度以下时，这些元素就会从热蒸汽中凝结出来，形成精美的矿物晶体，就像雪花的精致枝丫从水蒸气中凝结一样。

Libourel测试了这些想法，并于2006年发表了研究结果，在实验室里用热气体制造出同样的晶体结构和晶须。“这有力地表明CAIs来自气体的凝结，”Libourel说。

另一项证明CAIs是太阳系最古老岩石的事实是它们的年龄。“它们是最古老的定年天体，”哥本哈根大学的行星科学家Martin Bizzarro说。它们拥有45.673亿年的年龄，“它们定义了太阳系的形成年龄。”

行星的形成

但CAIs只讲述了故事的一部分。阿连德陨石中大多数颗粒颜色较深，富含玻璃质硅酸盐矿物，这些矿物是在熔融液体快速冷却时形成的。科学家们怀疑它们是原始尘埃团在冲击波或碰撞中被闪速加热和熔化后留下的残骸。

Bizzarro认为，这些被称为球粒的物体对行星形成至关重要。传统的理论认为，小行星通过聚集细小的尘埃成长为行星。但像小行星这样的大型天体，通过扫集尘埃来有效生长是不可能的；这些微小的颗粒会随着迎面而来的小行星飘散，就像蒲公英种子避开迎面而来的汽车一样。

相反，Bizzarro及其同事在2015年发表的模拟结果表明，漂浮的豌豆大小的球粒会撞击迎面而来的小行星。Bizzarro说，通过这个过程，一颗直径约30英里的小行星可以在3到400万年内“长到火星大小”。多亏了阿连德陨石，我们现在有了一个关于最古老岩石和我们的行星是如何形成的初步理论。

小行星采矿

阿连德陨石的坠落发生在科学发展的关键时刻：它抵达时，NASA正为研究阿波罗宇航员带回的月球岩石而配备实验室。这些实验室也同样适用于分析陨石。总而言之，研究陨石、月球岩石和宇宙尘埃的科学家们发现了70多种地球上从未见过的矿物——其中15种仅来自阿连德陨石。

但即使是阿连德陨石，也只能提供对原行星盘不完整的视角，因为这块太空岩石在坠落到地球的火焰过程中可能发生了变化。因此，太阳系起源的研究正进入一个新阶段：直接从太空中检索样本。

去年9月，一枚“宇宙神 V”火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空，其载荷中有一个重达4650磅的太空探测器，名为“起源、光谱、资源识别、探测器”（Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer），简称OSIRIS-REx。这架NASA航天器将于2018年9月开始接近一颗名为101955 Bennu的小行星，该小行星直径约三分之一英里。地球望远镜的观测表明，Bennu富含碳，其成分与阿连德陨石和其他原始陨石相似。

在花费一年时间绘制Bennu的表面图后，OSIRIS-REx将缓缓下降到一个精心选择的地点——一个浅陨石坑的边缘会比较合适，因为那里的物质受太阳辐射的破坏较少。航天器将短暂着陆几秒钟，喷射氮气到小行星表面，收集搅起的沙砾和尘埃，然后再次升空。

如果一切顺利，OSIRIS-REx将于2023年带着至少2盎司来自Bennu的物质返回地球。这将是第二次从原始碳质小行星上取回样本——也是迄今为止最大的一次。（日本隼鸟2号任务预计将于2020年从另一颗小行星返回，带回约三百万分之一盎司的尘埃。）

对于那些试图回溯大约45.7亿年前的历史的人们——假设Bizzarro的数据是正确的——这将是一场革命。几十年来，科学家们只能依靠碰巧落在地球上的随机岩石，甚至不知道它们来自哪里。Libourel说：“这就像你是一名地质学家，但只能通过邮局收到岩石，而你从未去过乡村。”

NASA首次真正 venturing out（向前迈进），拜访了太阳系中最古老的天体之一——比行星本身还要古老——并带着一段古老历史的碎片返回家园。Libourel说：“这将是极其、极其、极其重要的。”

Douglas Fox是一位科学记者，也为National Geographic、Nature 和 Scientific American 撰稿。

[本文以“我们的岩石，我们自己”为题刊登在印刷版上。]