隕石，作為來(lái)自太空的“客人”，是小行星或彗星分裂、撞擊后產(chǎn)生的碎片。它們包含著太陽(yáng)系形成初期的豐富信息，科學(xué)家們通過(guò)收集并研究這些“天外來(lái)客”，揭秘早期太陽(yáng)系形成和演化的歷史。
近日，浙江大學(xué)物理學(xué)院劉倍貝研究員與丹麥哥本哈根大學(xué)和瑞典隆德大學(xué)的合作者們，共同提出原行星盤氣體外流效應(yīng)能產(chǎn)生觀測(cè)上的隕石同位素兩極化現(xiàn)象，并據(jù)此構(gòu)建了早期太陽(yáng)系天體形成的新模型。這項(xiàng)成果于4月22日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《科學(xué)進(jìn)展》上，劉倍貝是論文的第一兼通訊作者。
隕石形成于太陽(yáng)系誕生的初期，熾熱的太陽(yáng)周圍存在一個(gè)原行星盤，是孕育行星和隕石的搖籃。隕石從化學(xué)成分上可分為炭質(zhì)隕石和非炭質(zhì)隕石。前者含有更多的含碳有機(jī)物，后者含有更多的鐵鎳等金屬元素。通過(guò)吸積盤內(nèi)固體物質(zhì)隕石不斷長(zhǎng)大，盤內(nèi)靠太陽(yáng)位置溫度高，形成的隕石以非炭質(zhì)為主；遠(yuǎn)離太陽(yáng)位置溫度低，形成的隕石以炭質(zhì)為主。最新的隕石分析表明以上兩類隕石的同位素含量也“涇渭分明”，呈現(xiàn)兩極化分布，而這種涇渭分明的差異被視為構(gòu)成原初行星盤內(nèi)的固體物質(zhì)在內(nèi)外部的不同所導(dǎo)致。
隕石群同位素“涇渭分明”的現(xiàn)象也激發(fā)了學(xué)界對(duì)太陽(yáng)系早期演化的構(gòu)想。為了解釋以上觀測(cè)，劉倍貝團(tuán)隊(duì)著眼于學(xué)界通常忽視的行星盤中的氣體。他們發(fā)現(xiàn)在氣體外流的影響下，固體顆粒物的遷移速率和方向發(fā)生改變。模擬結(jié)果表明，盤外側(cè)的炭質(zhì)固體顆粒需要經(jīng)過(guò)三百萬(wàn)年才會(huì)最終遷移進(jìn)入內(nèi)盤類地行星形成區(qū)，在他們流入內(nèi)盤之前，成長(zhǎng)于該區(qū)域的隕石母體們靠吸積耐火物質(zhì)形成，炭質(zhì)隕石母體形成于外盤，通過(guò)吸積炭質(zhì)顆粒物長(zhǎng)大。在約三百萬(wàn)年之后，炭質(zhì)顆粒物最終遷移進(jìn)入內(nèi)盤。此后地球和火星等類地行星吸積炭質(zhì)顆粒物成長(zhǎng)，因而它們的同位素含量是兩大類固體物質(zhì)的混合。“重要的是，該模型預(yù)示著不同隕石的同位素差異并不是空間上的隔絕，而是形成時(shí)間上的演化。”劉倍貝說(shuō)。
在這項(xiàng)研究中，浙大團(tuán)隊(duì)也指出了早先理論的缺陷。有研究提出木星的快速形成并在氣體盤中開溝可以解釋上述現(xiàn)象。開溝是指當(dāng)行星足夠大，引力效應(yīng)很強(qiáng)，能夠清空軌道周圍的氣體。該模型要求木星固體核在太陽(yáng)系誕生后一百萬(wàn)年內(nèi)快速形成，劉倍貝表示，如果木星確實(shí)能在氣體盤中開一個(gè)深溝而完全阻斷后續(xù)固體顆粒的內(nèi)流，則內(nèi)外盤的固體物質(zhì)自此隔絕，內(nèi)盤非炭質(zhì)固體顆粒物會(huì)因快速遷移而消耗殆盡。然而隕石測(cè)年研究表明，形成于內(nèi)盤的非炭質(zhì)O型和E型球粒隕石母體形成于太陽(yáng)系誕生后兩到三百萬(wàn)年間?！扒叭说墓ぷ飨热霝橹?，認(rèn)為隕石同位素兩極化的現(xiàn)象是太陽(yáng)系中最大的行星在形成過(guò)程中的產(chǎn)物。但我們發(fā)現(xiàn)其很難同時(shí)解釋太陽(yáng)系隕石的形成年齡和同位素含量?jī)纱笥^測(cè)結(jié)果?！眲⒈敦惤忉尩??！皩?duì)科學(xué)問(wèn)題的研究需要不斷打破固有思維?！闭劶斑@項(xiàng)研究的意義，劉倍貝說(shuō)。
劉倍貝團(tuán)隊(duì)主要研究涵蓋了天體物理學(xué)和行星科學(xué)的交叉前沿，深入探究行星起源，演化和構(gòu)型，通過(guò)理論和數(shù)值模擬來(lái)闡釋太陽(yáng)系和系外行星的觀測(cè)特性。本研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和浙江大學(xué)百人計(jì)劃啟動(dòng)基金的資助。
原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3045
（文 柯溢能/圖片由受訪人提供）
