中国新闻周刊：“星尘号”，讲述太阳系的前世今生

　　虽然没有办法精准地回放，但我们现在可以大致描述太阳系发展的一种可能历程了，尽管有关其最外缘部分的形成机制尚有存疑

　　经过近一整年的期待，备受全球天文学界注目的“星尘”项目初步成果终于面世。2006年年底，来自天文学界几个分支领域的7篇重要论文在美国《科学》杂志发表，为我们分析解读了从太阳系寒冷边缘带来的部分信息。

　　“星尘号”飞船1999年2月7日发射，经历了45亿公里的太空飞行后，于2004年1月与彗星“维尔特二号”近距离交会，并采集了彗星尘埃样本。2006年1月15日凌晨，飞船返回舱成功降落在美国犹他州的沙漠中。

　　彗星来自太阳系的边缘柯伊伯带，由于极端的低温而处于比较好的“封存”状态，被认为是研究太阳系原始情况的最好介质。“维尔特二号”彗星是瑞士天文学家保罗·维尔特1978年首次发现的。选择这颗彗星作为研究对象，最重要的原因是它迄今仅围绕太阳飞行过5圈，绝大部分原始尘埃和气体保存完好。

　　一个重要的“意外”

　　“‘星尘’任务首次从彗星‘维尔特二号’上带回地球的样品给了人们一个意外。”研究人员在论文中说，他们发现从彗星带回来的不是期待中的太空材料——主要由轻元素组成的星际尘埃，而是有极为不同来源的矿物质的混合物。

　　“丰富的硅酸盐颗粒似乎是在太阳星云内部区域形成的高温矿物质。这些颗粒在彗星上的出现表明太阳系表现出巨大尺度上的混合。这些发现将影响彗星发源和形成行星的碎石盘的化学模型。”

　　实际上，早在2006年3月13日，美国宇航局(NASA)“星尘”项目科学家就在最初有关“星尘”项目的报告说，他们在彗星“维尔特二号”的尘埃粒子中发现了只有在高温下才能生成的物质。这种物质就是橄榄石，即硅酸镁和硅酸铁组成的晶体。由于这是一种在极高温度下才会形成的晶体，地球上一般在火山岩中才能发现，而科学家们在遥远、寒冷的彗星上发现了它的存在，出人意料。除橄榄石之外，他们还发现了含有钙、铝、钛等金属元素的晶体，也只能在高温下生成。

　　“这是我们没有预想到的，它将会改变彗星与行星起源的模式和理论。”NASA约翰逊航天中心撞击实验室负责人、空间科学家霍兹(FriedrichHorz)教授告诉本刊。

　　早先人们猜测，组成彗星的主要物质应该是甲烷等由轻元素构成的化合物，固态水、甲烷等物质使得彗星成了一个“脏雪球”——同样著名的“深度撞击”项目为这种理论提供了一些证据。“因此这表明并非所有彗星都是一样的，为了了解它们，我们需要考察尽可能多的彗星，以了解我们太阳系的早期历史。”霍兹说。

　　“意外”来自太阳系前身？

　　“但在我看来，彗星中含有这些重元素物质，以及含有金属成分，并不让人感到意外。”中国科学院国家天文台研究员李竞对本刊表示了另一种看法。他的解释是：这些“出人意料”的物质，尤其是金属物质，应该来自于太阳系的“前身”。

　　按照李竞的描述，科学界早就认为，太阳系并非宇宙大爆炸之后形成的第一代恒星，而是经历了“轮回”之后的第二、甚至第三代恒星。如果是第一代恒星，它一开始的组成物质理论上就基本上是氢和氦，不可能存在金属等其他重元素。但第一代恒星在燃烧过程中，就逐渐产生了比氦更重的元素，在它爆炸死亡(这个过程即超新星爆发)后，抛射出的物质形成了星云，当这些星云聚集而形成第二代恒星时，其中也就自然含有了第一代恒星留下的重元素。

　　也就是说，“维尔特二号”中的金属物质正与科学界目前的太阳系形成理论相吻合。

　　然而事情并不这么简单。这些重元素究竟是由太阳系的前身留下，还是在太阳系形成之后出现，科学家目前是有办法测试的。这种方法就是同位素分析。

　　恒星以迥然不同的同位素成分比例将比锂元素重的各种元素合成，除了一些罕见的例外情况，这些元素的同位素成分比例在内太阳系物质中是很均匀的，而且人们都认为这种均质就发生在原地，在太阳系内部。星尘号的同位素数据揭示了少量同位素反常颗粒——它们来自太阳系前身，而其中大多数颗粒同位素与内太阳系物质的区别不大。由此推测，“维尔特二号”中的岩石主要是太阳系“自产”的岩石。

　　“现在看来无可避免，在太阳系形成过程中，太阳附近形成的物质与‘柯伊伯’带混合，在那里与一些物体结合，最终形成了彗星。”NASA航天中心的宇宙矿物学家左棱斯凯(MichaelZolensky)告诉本刊。

　　太阳系的历程

　　尽管没有办法精准地回放，但我们现在可以大概描述太阳系发展的一种可能历程了：

　　50多亿年前，一颗大约有20倍于太阳质量的恒星——被称为“前太阳系”——走到了生命的尽头，在炫目的光辉中，它爆炸死亡。超新星爆发喷射出了它的大多数物质，约有15倍太阳的质量。它剩余的大约5倍质量的物质最终坍缩成为了一个黑洞。

　　“前太阳系”抛射出的这些物质形成了一个巨大的星云，其中的一部分，由于相互的引力作用而相互旋转着聚集，成为了一个巨大的盘状物，圆盘的中间部分最终聚集成一团，并重新开始发生热核聚变，开始发光，这就是我们的太阳。

　　而这个圆盘中间往外的各部分最终也聚集成团，形成地球、木星等行星，以及外层的“柯伊伯”带——这里面包含着彗星。

　　由于太阳风亿万年的作用，最内层的行星——水星、金星、地球和火星，它们原本也大量含有的轻元素被“吹走”了，而外层行星——木星、土星、天王星和海王星，则保留了与太阳相接近的成分，成为气体行星。

　　现在剩下了一个麻烦，就是太阳附近的物质是如何与“柯伊伯”带混合，并在那里与一些星际物质结合而形成彗星的。

　　“‘维尔特二号’彗星并不只是一个前太阳系颗粒(星尘)的集合。彗星的形成过程不能独立于太阳星云的其他部分，而且大约10%的太阳星云盘面进行着里外翻转。”华盛顿大学天文系教授、星尘号任务研究负责人布朗利(DonBrownlee)为本刊做了一种描述，“我们现在确定早期太阳星云(太阳与行星形成的这个碟状星云)中存在着气流，它携带尘埃向内(朝向早期太阳)和向外(朝向‘柯伊伯’带)运动。这个理念早就有人提出，但是并未被广泛接受。”

　　但左棱斯凯说，这种混合的过程还是一种猜测，缺乏可以观察的证据。

　　不过，人们应该可以相信科学家将在未来回答这个问题。因为现在科学家仅仅发表了所有带回样本中小于10%的微粒的初步研究结果。“这次初步研究背后的理念是，评估所搜集物质的价值潜力，以及未来行动的进程究竟如何。对于剩下90%的物质的分析计划将在未来许多年里完成，而且将是现在这些已有的、以‘太阳系探索’为主题的项目的一个部分。”霍兹教授介绍说。

　　“现在要做的是对于样本的详细研究，比如，考察彗星上的有机物、样本的年龄、以及继续寻找前太阳颗粒。这些工作将花去很多年时间，至少几十年。”左棱斯凯告诉本刊。

　　霍兹最后对本刊强调，“记住：阿波罗计划完成于1972年，但是我们至今仍在调查和研究月球岩石，这离它的最后一次任务已经过去35年了！我们期待对‘星尘号’样本持续多年的研究，并从中得到新的发现。”

　　(来源:中国新闻周刊 文/弓心)

(责任编辑：赵健)