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科学之谜:小行星变色之谜

来源:http://usa.bytravel.cn/art/kxz/kxzmxxxbszm/作者:北美购房网时间:2015/12/12

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    陨石是小行星的碎片吗?目前的行星科学家多半认为是这样。不过,这些掉落在地球上的石块究竟来自哪种小行星呢?恐怕就是专家想要辨别清楚也不容易。

  石质球粒陨石占了所有陨石的八成以上,数十年来,科学家一直努力想找出这种陨石来自哪种小行星。从位置上来看,那些主要位于火星和木星之间的小行星带内缘,被称为S型小行星的天体是这些球粒陨石最可能的来源。但是,石质球粒陨石和这些小行星的成分似乎差别很大:S型小行星的颜色比较偏红,很少出现蓝色,这表示它们可能含有太多的金属,而缺乏足够的硅酸盐矿物;而球粒陨石的颜色通体偏蓝,石体里面包裹着五颜六色美丽的硅酸盐矿物球状颗粒。这似乎表明S型小行星不太可能是球粒陨石的母体。

  如果球粒陨石不是来自S型小行星,那么它们来自哪里呢?既然S型小行星最有可能是陨石的来源,为何我们在地球上从来没有发现来自S型小行星的红色陨石呢?

  近几十年来,围绕太阳系中普通球粒陨石的确切来历,天文学家可谓伤透了脑筋。他们为此动用了最好的天文望远镜,从可见光到红外光波长的望远镜,可怎么也不能跨越颜色差异上无法弥合的障碍,把球粒陨石与S型小行星联系在一起。为了解释这种矛盾,有些研究人员提出,某种“太空气候”作用可能遮掩了小行星真实的光学特性,使我们在地球上看到的S型小行星的颜色偏红。也有科学家认为,一群尚未发现、直径约10公里的天体才是这些陨石的真正母体。

  科学家们原本希望前几年造访伊达与加普拉这两颗S型小行星的伽利略号探测船能解决这存在已久的问题,但是,伽利略号传回来的资料非常模糊,只是进一步加深了人们的困惑。

  2001年,“近地小行星约会”探测器绕着直径为34公里的S型小行星——“爱神”转悠了差不多半年,通过对“爱神”表面物质发出的X射线来分析其组成元素,终于发现了这些岩石的最大秘密:在这颗S型小行星红彤彤的外衣下,它的内部元素组成与陨落到地球上的球粒陨石吻合得很好。这一发现使困扰天文学家多年的问题迎刃而解了:太阳系中原始物质聚合形成S型小行星后,因饱经太阳风暴的洗礼,表面变红,但是内部依然保持着原来偏蓝色的本质;当小行星坠落地球的过程中,绝大部分都在大气中燃烧,因燃烧而剥落掉的主要部分是陨石的外层,最外面那层红色的“外衣”首先遭殃,会被烧得一干二净,从而露出了里面的面貌。因为颜色的这种变化,使天文学家长期以来不了解球粒陨石与小行星之间的真实关系。

  【资料】陨石的分类

  陨石的种类按结构、构造、硅酸盐的含量,可分为:石陨石、铁陨石、石铁陨石三大类。从直接坠落到地面随即收集到的陨石标本来统计,数量最多的是石陨石,可达90%以上。石陨石的化学成分主要是铁、镁硅酸盐。石陨石按内部有无球粒构造而分为球粒陨石和无球粒陨石。球粒主要由硅酸盐矿物组成,直径约在1厘米以下,它们约于46亿年前从太阳星云(太阳系起源的气体与尘埃云)中形成,后来随着石质天体开始聚集,而成为小行星的主要组成成分。球粒陨石约占石陨石总量的84%,是在地球上最常见到的陨石类型。

  小行星,越老越红

  从“近地小行星约会”探测器的发现结果来看,S型小行星的表面在太空中会变红,那么这种变红的现象与什么有关呢?夏威夷大学天文系教授杰迪柯利用“斯隆数字巡天计划“研究了10万多颗小行星的颜色,它们的年龄分布在600万年到30亿年之间。他发现,小行星的外表虽然都是红色,但是颜色深度之间仍然具有较大的区别。通过将这些小行星按年龄排列,比较它们之间的颜色变化,杰迪柯终于发现了一个有趣的结果:随着年龄的增大,小行星的外表颜色也是逐渐加深的。

  发现这个秘密之后,杰迪柯进一步进行了更仔细的分析,他发现小行星表面的红色深度与其年龄之间有一种非常恒定的比例关系,就像温度计的刻度与温度之间有着严格的一一对应关系一样,小行星愈老,其外表颜色会愈红。很快,杰迪柯通过比较小行星外表的红色深浅,成功估计出小行星之间的相对年龄。这就像我们通过鉴别一个人的面容肤色,不用开口问对方就判断出了他的年龄一样奇妙。小行星的红色表面透露了其年龄秘密。

  其实,不但小行星外表会随着时间改变颜色越来越红,月球表面物质的颜色也会随着时间而变暗变红。在我们人类身上,时间也会越来越显著地改变我们的外表,从年轻时的青丝朱颜,到进入中老年时的人老珠黄,褐发霜鬓,直至皮肤上布满铜褐色的老人斑。这都是时间赋予生命的历史标记。对于没有大气保护的石质固体星球来说,太空生活只会使它们越来越红,最后变得大红大紫,这真是无生命宇宙世界的奇观。

  太空变色,仍然是一个谜

  杰迪柯虽然发现了小行星外表颜色随着时间变红之谜,但是却无法解释究竟是什么使小行星越来越红。

  在30多年前,天文学家就已提出“太空风化”效应的假说,试图解释小行星颜色的变化。他们认为:从太阳系形成至今数十亿年来,小行星不断受到来自太阳和宇宙的辐射、其它小天体撞击等的影响,因而它们的表面颜色改变,这个道理就像地球上裸露的岩石会因风化的关系而改变颜色一样,没受到风化作用的岩石通常呈现新鲜的蓝色,而饱受风化经历的岩石则逐渐转为红色。

  但是,究竟是什么东西变成了红色呢?1975年,美国匹兹堡大学的研究人员研究为何月球表面物质的颜色会随着时间而变暗变红时提出,这是由于太阳风的猛烈轰击将月球土壤中的矿物慢慢蒸发,这些被蒸发的物质后来会在月球表面凝结,形成了厚度仅有数个纳米、完全由铁粒子构成的薄膜。2005年8月,陨石专家达成共识,这种太空气候作用的确发生在小行星上,而纳米大小的铁粒子薄膜正是颜色越来越红的关键所在。

  是什么使小行星风化、使纳米大小的铁粒子薄膜越来越红呢?在地球上,人们经常发现,大峡谷陡峭的石壁上破碎下来的石块从外而内都是红色的,决不会出现外面一层红里面偏蓝色的情况,这是因为地球上的氧化作用完全可以深入到数十公里以下。但是,太空中没有这样的氧化风化条件,至今科学家们也没有搞清楚,太空中究竟是什么风化因素使小行星表面变得越来越红。杰迪柯等人希望继续分析更多非常年轻的小行星表面,企图从中了解任何一种小行星表面颜色随年龄改变的方式,并找出新的太空风化效应的影响。

 

 

 

 

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