一顆來自火星的隕石或顛覆行星形成理論


揮發性元素對行星形成、演化和宜居性至關重要。近日一項關於古老隕石的新研究,火星在太陽星雲(Solar Nebula 是太陽系形成初期的氣體雲氣)帶來揮發性元素之前就吸積來自球粒隕石(Chondrite)的該類物質。研究結果顛覆了目前關於地球和火星等岩石行星在形成過程中,如何獲得揮發性元素,例如:氫、碳、氧、氮和惰性氣體的觀點。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院博士後研究員桑德琳·佩隆(Sandrine Péron)和美國戴維斯加州大學(University of California, Davis)素再·木克伯蒂(Sujoy Mukhopadhyay)表示,關於行星形成的一個基本假設,是行星首先從一顆年輕恆星(例如:早期的太陽)周圍的太陽星雲中獲得這些揮發性元素。由於此時該行星是一個熔岩球體,這些元素最初會溶解到岩漿海洋中,然後散逸到大氣中。隨後,球粒隕石撞擊這顆年輕的行星,帶來更多易揮發的元素。因此,科學家預計,行星內部的揮發性元素應該反映太陽星雲的組成,或者是來自太陽星雲和隕石的混合物,而行星大氣中的揮發性元素主要來自隕石。 這兩種來源,即太陽來源和球粒隕石來源,可以通過惰性氣體,特別是氪(krypton)的同位素比率來區分。

落到地球上,來自火星的隕石大多是暴露於火星大氣的地表岩石。大部分火星隕石都是球粒隕石。 但是這些火星使者蒞臨地球的機會率非常低。1815年在法國東北部墜落,一塊命名為查西尼(Chassigny)的隕石就是一塊來自火星的石頭。

研究人員使用戴維斯加州大學稀有氣體實驗室建立一種新方法,對隕石樣品中的微量氪同位素進行仔細測量,以推斷隕石中元素的來源。

他們發現查西尼隕石中的氪同位素對應來源應屬於球粒隕石,而不是太陽星雲。 這意味著火星大氣中存在隕石來源揮發性元素的時間比之前認為的要早得多,而且是在太陽星雲存在的情況下,結論顛覆了傳統的觀點。

佩隆說:「在火星內部,氪的成分幾乎全部來自球粒隕石,但大氣層中的氪是來自太陽星雲,這是非常獨特的。」

結果顯示,火星的大氣層不可能完全由地幔釋氣(outgass)形成,因為這會含有球粒隕石成分。在岩漿冷卻後,火星必須從太陽星雲中獲得大氣,以防止內部球粒隕石來源氣體和太陽星雲來源氣體發生實質性混合。

太陽輻射和太陽風會吹走火星上的太陽星雲和原始大氣。新的結果顯示,火星的形成是在太陽星雲消散之前完成。此外,火星大氣中的氪一定以某種方式得到了保存,可能被困在地下或極地冰帽中。

【圖:奧地利維也納自然歷史博物館;文:節錄自科學網頁;新聞資訊由林景明提供】 研究全文刊登在2022年6月16日出版的《科學》期刊;標題是:Krypton in the Chassigny meteorite shows Mars accreted chondritic volatiles before nebular gases

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