一颗来自火星的陨石或颠覆行星形成理论

挥发性元素对行星形成、演化和宜居性至关重要。近日一项关于古老陨石的新研究,火星在太阳星云(Solar Nebula 是太阳系形成初期的气体云气)带来挥发性元素之前就吸积来自球粒陨石(Chondrite)的该类物质。研究结果颠覆了目前关于地球和火星等岩石行星在形成过程中,如何获得挥发性元素,例如:氢、碳、氧、氮和惰性气体的观点。

一颗来自火星的陨石或颠覆行星形成理论

瑞士苏黎世联邦理工学院博士后研究员桑德琳·佩隆(Sandrine Péron)和美国戴维斯加州大学(University of California, Davis)素再·木克伯蒂(Sujoy Mukhopadhyay)表示,关于行星形成的一个基本假设,是行星首先从一颗年轻恒星(例如:早期的太阳)周围的太阳星云中获得这些挥发性元素。由于此时该行星是一个熔岩球体,这些元素最初会溶解到岩浆海洋中,然后散逸到大气中。随后,球粒陨石撞击这颗年轻的行星,带来更多易挥发的元素。因此,科学家预计,行星内部的挥发性元素应该反映太阳星云的组成,或者是来自太阳星云和陨石的混合物,而行星大气中的挥发性元素主要来自陨石。 这两种来源,即太阳来源和球粒陨石来源,可以通过惰性气体,特别是氪(krypton)的同位素比率来区分。

落到地球上,来自火星的陨石大多是暴露于火星大气的地表岩石。大部分火星陨石都是球粒陨石。 但是这些火星使者莅临地球的机会率非常低。1815年在法国东北部坠落,一块命名为查西尼(Chassigny)的陨石就是一块来自火星的石头。

研究人员使用戴维斯加州大学稀有气体实验室建立一种新方法,对陨石样品中的微量氪同位素进行仔细测量,以推断陨石中元素的来源。

他们发现查西尼陨石中的氪同位素对应来源应属于球粒陨石,而不是太阳星云。 这意味著火星大气中存在陨石来源挥发性元素的时间比之前认为的要早得多,而且是在太阳星云存在的情况下,结论颠覆了传统的观点。

佩隆说:「在火星内部,氪的成分几乎全部来自球粒陨石,但大气层中的氪是来自太阳星云,这是非常独特的。」

结果显示,火星的大气层不可能完全由地幔释气(outgass)形成,因为这会含有球粒陨石成分。在岩浆冷却后,火星必须从太阳星云中获得大气,以防止内部球粒陨石来源气体和太阳星云来源气体发生实质性混合。

太阳辐射和太阳风会吹走火星上的太阳星云和原始大气。新的结果显示,火星的形成是在太阳星云消散之前完成。此外,火星大气中的氪一定以某种方式得到了保存,可能被困在地下或极地冰帽中。

【图:奥地利维也纳自然历史博物馆;文:节录自科学网页;新闻资讯由林景明提供】 研究全文刊登在2022年6月16日出版的《科学》期刊;标题是:Krypton in the Chassigny meteorite shows Mars accreted chondritic volatiles before nebular gases

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