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标 题[摘录]陨石中发现矽酸盐成分
发信站铭传筑梦别境 (Mon Mar 8 14:48:47 2004)
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美国华盛顿大学圣路易分校(Washington University in St. Louis)的科
学家宣布:利用一项特殊的仪器:质谱仪(mass spectrometer)分析陨石中
159000多颗微粒的成分之後,在其中找到9颗矽酸盐(silicate)碎片。这是
项重大发现,因为由於截至目前为止,天文学家仅在行星际介质中找到矽酸盐
成分,因此陨石中发现矽酸盐的事实,意味着太阳系早期某些部分是由在低温
下的气体与灰尘形成。
之前已有其他科学家用类似的方式筛检过10万多颗微粒,试图在陨石中找到「
星尘(stardust)」,也就是其他恒星留下的余迹,但都一无所获。因此当西
元2000年,华盛顿大学的Ann Nguyen选择这个领域作为她的硕士论文题目时,
同僚们都为她捏了一把冷汗。在寻找59000颗微粒之後,她的努力终於有了代价
!在3月5日出刊的「科学(Science)」期刊中,Nguyen和她的指导教授Ernst
K. Zinner发表论文指出:他们在一块几乎是已知最古老的陨石之一中,找到9
个矽酸盐碎片。所谓的矽酸盐,就是矽、氧与其他如镁铁等元素组成的化合物。
由於太阳为第二代(甚至可能是第三代、第四代..),因此太阳系的制作「原
料」是来自其他恒星演化之後回归给宇宙的残余物质。而天文学家相信:陨石
与彗星是太阳系形成残余物质组成的,所以成分中应保留有原始太阳星云的讯
息。而发现矽酸盐的这块陨石,其起源年代,相当於太阳系刚形成之初,因此
这项发现,让Nguyen等人认为:从气体与灰尘等原始太阳云逐渐凝聚形成太阳
系时,其实并不如大家所想像的都非常炽热,其中有部分的气体与灰尘的温度
可能还维持在低温状态,因此保持着原始制造它们的恒星的讯息;也就是说,
从这些小微粒碎片中,科学家可以得知它们来自哪一颗恒星、这颗恒星内部的
核融合反应过程如何、这颗恒星的大气物理状态与化学组成等。
Zinner等人曾在1987年时在一块陨石中发现「星尘」,但成分为「钻石」(结
晶碳)和碳化矽(silicon carbide);之後虽然又再发现一些星尘,但都不曾
发现矽酸盐。这让这些科学家觉得很不可思议。因为,从恒星光谱显示:恒星
大气中含量最丰富的含氧微粒就是矽酸盐,但到目前为止,科学家只在彗星中
发现少量来自太阳系之前的矽酸盐。
通常来说,由於前一代的恒星演化後回归给宇宙的物质,最後会混合在一块,
因此不太能分辨得出陨石中的微粒是来自哪一颗恒星的遗迹。只在少数陨石的
深层,可能保存着「纯种」的星尘,由於成分富含氧元素,因此可以利用氧的
同位素氧-16、氧-17、氧-18的比例异常来搜寻这些星尘。
Nguyen就是秉持着这个信念,分析1990年在撒哈拉发现的陨石Acfer 094。她利
用清水取代化合物来分离微粒,以确保矽酸盐不置於遭到化合物破坏。再利用
一种称为「继发性离子质谱仪(NanoSIMS ,Secondary Ion Mass Spectrometer
)」来分析同位素含量和比例,这种仪器可检测直径小於1微米的颗粒(百万分
之一公尺),且可同时扫视10万颗粒子,并同时使5种同位素行进方向偏折,藉
以分离出不同的同位素。在这极高解析度与高工作效率的双重效益下,Nguyen才
能完成她的工作。
在9个发现矽酸盐的微粒中,其实还可细分成四群。其中5颗微粒为第一群,富含
氧-17,缺乏氧-18,表示这是从一颗红巨星或近巨星分支(asymptotic giant
branch)深处的混合层发出。第二群只有一颗微粒,极度缺乏氧-18,可能是从
一颗低质量恒星的表面物质下潜到中心炽热的核融合反应区而形成。第三群也只
有一颗,富含氧-16,是一颗其重元素含量比太阳少的典型恒星所拥有。第四群
则有2颗,氧-17与氧-18都很多,可能是来自超新星或其他重元素丰度比我们太
阳还多得恒星。
经过X光解析之後,这些矽酸盐的化学成分类似地球上的橄榄石和辉石(这两种
都有丰富的氧、镁、铁、矽,只是比例不同),另外还有富铝矽酸盐,以及一种
含氧及铁的硫化物。找到含铁丰富的微粒最让这些天文学家惊讶,因为在恒星大
气中找到的微粒大都是含镁比较多。
参考资料来源:
WUSTL News Release
http://www.universetoday.com/am/publish/silicate_found_meteorite.html?532004
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