[圖文]揭秘地球起源世身 搶救珍貴的太空樣本










兩項最新研究顯示,太陽系內地球和其它岩石星體並非源自太陽系起源初始物質














2004年9月,創世紀號探測器將裝載太空樣本的太空艙發射至地球表面,但事情進展並不順利,太空艙的降落傘並未打開,最終以306公裡時速墜落在猶他州沙漠上。目前最新研究的實驗樣本來自於該太空艙。


日前,兩項最新研究顯示,太陽系內地球和其它岩石星體並非源自太陽系起源初始物質。


科學家通過美國宇航局『創世紀號』探測器檢測從2004年從太空中收集的太陽風粒子,當時收集太空風粒子的太空艙降落在地球表面。這些幸存得以挽救的珍貴樣本顯示太陽基礎元素不同於地球、月球和其它太陽系內移居星體的構成成份。該項研究顯示,大約在46億年前,一些太空事件影響許多微小碎片最終合並入這些岩石星體,當時太陽已形成。


美國加州大學洛杉磯分校的凱文-麥克基甘說:『基於一致觀點,或者長期歷史性觀點,這是一項令人震驚的研究結果。同時,它將證實地球並不是宇宙萬物核心。』


搶救珍貴的太空樣本


『創世紀號』探測器於2001年發射,並在距離地球150萬公裡上空運行。該探測器用兩年多的時間采集太陽風微粒,太陽風微粒是從太陽表面噴射的數百萬英裡時速的帶電粒子流。


這項最新研究使科學家能深度觀測到太陽的構成成分,從而有助於更好地理解太陽系的形成與進化。為了達到探測目的,2004年9月,創世紀號探測器將裝載太空樣本的太空艙發射至地球表面,但事情進展並不順利,太空艙的降落傘並未打開,最終以306公裡時速墜落在猶他州沙漠上。


雖然一些太空樣本在墜落時被毀壞,但目前兩支獨立的研究小組通過這些太空樣本仍獲得了重大發現。他們重點研究太陽風微粒中的氧和氮,它們分別在地球地殼和大氣層中大量存在。經過細致的樣本分析篩選,研究人員發現樣本僅限於原始的太陽風微粒。


分析氧原子


麥克基甘和研究小組同事檢測發現樣本中存在大量的太陽風氧同位素,同位素是原子核中擁有不同數量中子的元素。氧具有三種穩定的同位素:氧-16、氧-17和氧-18。


研究人員發現太陽風粒子中顯著擁有更多的氧-16,同時也比地球擁有的氧-16更多。某些星體進化過程使大量的這些氧同位素形成了地球以及太陽系內部的其它岩石星體,它們氧-17和氧-18的含量分別為7%。


雖然科學家並不確信這一進化過程是如何實現和發生的,他們提出了假想和推測。主流觀點提出者麥克基甘稱,或許這一過程叫做『同位素自吸收』。大約46億年前,這些星球並未與太陽星雲進行合並,太陽星雲中的多數氧原子可能與氣態一氧化碳分子密切相關。


但是氧原子並不可能永遠保持束縛狀態,剛誕生的太陽釋放高能量紫外線轟擊太陽星雲,將分解一氧化碳。擺脫束縛的氧原子很快與其它原子結合在一起,形成分子並最終成為構建太陽系內岩石星體的成份。


研究人員稱,取決於包含氧同位素的狀況,輕微能量差異的光子在分解一氧化碳時會存在差別。氧-16比其它兩種同位素更普遍存在,因此它們更普遍存在於整個太陽星雲。依據『同位素自吸收』理論,大量的光子需要分解太陽星雲邊緣已被吸收的一氧化碳中的氧-16,從而使太陽星雲內部大量的氧-16原封未動。


相比之下,更多的光子可能穿過太陽星雲內部區域分解氧-17和氧-18,釋放這些同位素,使它們最終合並在岩石星體中。同時,依據『同位素自吸收』理論將解釋為什麼太陽和地球氧同位素含量會存在很大的差異。麥克基甘稱,近期發表的這項最新研究為同位素自吸收理論提供了很好的支持。


分析氮原子


在另一項研究中,法國南希大學伯納德-馬蒂帶領研究小組分析創世紀號探測器采集樣本中的氮同位素。


馬蒂和研究同事獲得了與麥克基甘研究小組顯著不同的發現:太陽風中40%是氮-15同位素,比地球大氣層中該同位素含量少。而此前研究暗示太陽的氮成份可能與地球、火星和太陽系內其它岩石星體存在著顯著差異,目前這項最新研究核實了此前研究的正確性。


馬蒂說:『通過此前的研究和當前創世紀號探測器采集樣本中的氮分析,可能無法理解這種變化的邏輯性。目前我們認為太陽星雲原始成份中缺乏氮-15同位素,因此太陽系內星體所富含氮-15成分另有其它來源。』


至於地球等星體如何形成富含氮-15同位素,馬蒂認為可能與『同位素自吸收』理論如出一轍,但目前仍不能完全確定。他說:『這與當前的最新研究結果相一致,目前我們不能排除氮-15同位素是從外太空以灰塵的形式進入太陽系的可能性。』


這項最新研究同時暗示更多的納米鑽石很可能形成於我們太陽系,這是由於納米鑽石的氮同位素比率與太陽十分接近。一些科學家注意到多數納米鑽石的外形頗似前磨牙,認為它們可能是由於超新星爆炸,從其它恆星系統中噴射進入太陽系的。目前,這兩項研究報告發表在6月23日出版的《科學》雜志上。


『創世紀號』探測器的遺產


研究人員稱,這兩項最新研究將幫助科學家更好地理解太陽系早期階段。同時,麥克基甘指出,通過這項研究將恢復『創世紀號』探測器的聲譽,該探測器采集樣本的太空艙墜落在地球表面,這項太空任務並未失敗,事實證明它為我們提供了寶貴可靠的太空樣本。
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