隕石研究表明，一顆原木星將太陽系塵埃盤中的兩類小行星分開。 圖片來源：ESO/L. CAL ADA
理論家認(rèn)為，今天壯觀的太陽系在其最初的幾百萬年里曾是一片混亂當(dāng)巨行星遠(yuǎn)離其現(xiàn)有軌道時(shí)誘發(fā)了混亂。但直到不久前，確鑿的證據(jù)一直很單薄。
最近，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了洞察這種早期動(dòng)力學(xué)的新窗口：在幾十種隕石中存在的奇怪的化學(xué)成分差異。這一觀點(diǎn)在若干年前便被提出，但在日前于美國得克薩斯州舉行的月球和行星科學(xué)會(huì)議上，一個(gè)由德國地球化學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)報(bào)告了可靠證據(jù)。主導(dǎo)此項(xiàng)研究的明斯特大學(xué)地球化學(xué)家Thorsten Kleine介紹說，他們測試了32種代表了幾乎所有已知類型的隕石，發(fā)現(xiàn)無論你擁有哪種隕石，它都屬于被測試隕石中的某個(gè)類型。
不同的化學(xué)成分揭示了小行星（大多數(shù)隕石的母體）獨(dú)特的起源故事。一種隕石形成于小行星帶現(xiàn)有位置附近，其他類型的隕石在超越了原木星的更遠(yuǎn)地方（靠近今天的土星運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道）合并。只是到了后來，這些移民小行星在游蕩的巨行星的推拉下，在今天的小行星帶上找到了它們的家?？屏_拉多州博爾德市西南研究院（SwRI）行星動(dòng)力學(xué)家Bill Bottke認(rèn)為，化學(xué)成分差異還為確定行星形成時(shí)間提供了其他線索。對于了解太陽系來說，它是一種強(qiáng)大的機(jī)制。
加州大學(xué)洛杉磯分校隕星學(xué)家Paul Warren首次注意到這種后來被稱為沃倫差異的現(xiàn)象。他收集了關(guān)于兩種隕石中鉻和鈦同位素的測量結(jié)果。這些由垂死恒星爆發(fā)形成的金屬在氣體和塵埃盤（行星和小行星由此成形）中混在一起。Warren曾期望研究的隕石展示出連續(xù)的同位素豐度，因?yàn)樗俣ㄋ鼈冊谛⌒行菐У囊粋€(gè)廣闊區(qū)域內(nèi)形成。然而，他發(fā)現(xiàn)，在碳質(zhì)隕石中，同位素水平和其他種類的隕石截然不同。當(dāng)我發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象時(shí)，我知道這可能是件好事。Warren說。
在一項(xiàng)2011年的研究中，Warren提出，只有兩種隕石在形成時(shí)間上相隔上百萬年才會(huì)出現(xiàn)這種差異。而這一分裂的最可能來源是由原木星引力產(chǎn)生的空隙。但研究證實(shí)，碳質(zhì)球粒隕石比其他隕石形成得晚，因此很有可能它們奇特的同位素化學(xué)性質(zhì)反映了氣體、塵埃盤隨著時(shí)間流逝發(fā)生的變化，而非其獨(dú)特的起源地。
幾年前，Kleine團(tuán)隊(duì)開始研究另一種金屬鉬的同位素，并且同樣發(fā)現(xiàn)了沃倫差異。研究還發(fā)現(xiàn)，鐵隕石分成兩種類型，盡管它們幾乎全部形成于同一時(shí)間。這意味著存在一種物理屏障。最明顯的是木星。Kleine說。
Kleine團(tuán)隊(duì)開始詳細(xì)闡明其中的含義：在太陽系形成后的100萬年，木星的核心不斷增長并且大到足以吸收其路徑上的塵埃，從而創(chuàng)建了障礙。富含金屬的新塵埃（可能來自附近超新星）流入太陽系，并且令外層而非內(nèi)層小行星中的同位素增加。在此后的300萬~400萬年間，木星向里面遷移并將兩個(gè)儲(chǔ)存庫合并。SwRI動(dòng)力學(xué)家Kevin Walsh表示，沃倫差異既證實(shí)了預(yù)測類似情景的太陽系動(dòng)態(tài)模型，也明確了它們必須應(yīng)對的約束。
現(xiàn)在，科學(xué)家正在收集隕石中關(guān)于早期太陽系的其他線索。一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在研究將碳質(zhì)成分和非碳質(zhì)成分混合在一起（表明它們在木星遷移后便形成的線索）的罕見隕石，從而確定兩個(gè)儲(chǔ)存庫何時(shí)合二為一。同時(shí)，通過比較地球地幔巖石和隕石中的鉬同位素，Kleine團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一些初步跡象。它們表明，地球上的水部分來自更加遙遠(yuǎn)的小行星群體的撞擊。
隕石研究甚至可能將擁有46億年歷史的太陽系本身的年齡往回?fù)?。這一日期來自隕石中富鈣鋁標(biāo)本中鈾的衰變。這些由太陽熱量產(chǎn)生的很小的金屬雪花被認(rèn)為在太陽系形成的最早階段出現(xiàn)。但科學(xué)家一直想知道為何碳質(zhì)隕石更加富含這些雪花?？瓷先ミ@些標(biāo)本同太陽系外層隕石的同位素成分類似?，F(xiàn)在，研究人員推斷，它們形成于遠(yuǎn)離太陽的地方，并且由來自原木星的熱量驅(qū)動(dòng)。要是這樣，一些標(biāo)本肯定在木星成形后形成。而這意味著它們至少比太陽系年輕100萬年。這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。Bottke表示，我對此感到震驚。
與此同時(shí)，從這個(gè)新的角度解讀其他隕石的努力也在進(jìn)行中。地球上的隕石樣本起源于土星附近。想到這點(diǎn)真是令人吃驚。Bottke說，幾年前，如果你提出這個(gè)觀點(diǎn)，人們會(huì)嘲笑你。 （宗華編譯）
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