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標 題[摘錄]隕石中發現矽酸鹽成分
發信站銘傳築夢別境 (Mon Mar 8 14:48:47 2004)
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美國華盛頓大學聖路易分校(Washington University in St. Louis)的科
學家宣布:利用一項特殊的儀器:質譜儀(mass spectrometer)分析隕石中
159000多顆微粒的成分之後,在其中找到9顆矽酸鹽(silicate)碎片。這是
項重大發現,因為由於截至目前為止,天文學家僅在行星際介質中找到矽酸鹽
成分,因此隕石中發現矽酸鹽的事實,意味著太陽系早期某些部分是由在低溫
下的氣體與灰塵形成。
之前已有其他科學家用類似的方式篩檢過10萬多顆微粒,試圖在隕石中找到「
星塵(stardust)」,也就是其他恆星留下的餘跡,但都一無所獲。因此當西
元2000年,華盛頓大學的Ann Nguyen選擇這個領域作為她的碩士論文題目時,
同僚們都為她捏了一把冷汗。在尋找59000顆微粒之後,她的努力終於有了代價
!在3月5日出刊的「科學(Science)」期刊中,Nguyen和她的指導教授Ernst
K. Zinner發表論文指出:他們在一塊幾乎是已知最古老的隕石之一中,找到9
個矽酸鹽碎片。所謂的矽酸鹽,就是矽、氧與其他如鎂鐵等元素組成的化合物。
由於太陽為第二代(甚至可能是第三代、第四代..),因此太陽系的製作「原
料」是來自其他恆星演化之後回歸給宇宙的殘餘物質。而天文學家相信:隕石
與彗星是太陽系形成殘餘物質組成的,所以成分中應保留有原始太陽星雲的訊
息。而發現矽酸鹽的這塊隕石,其起源年代,相當於太陽系剛形成之初,因此
這項發現,讓Nguyen等人認為:從氣體與灰塵等原始太陽雲逐漸凝聚形成太陽
系時,其實並不如大家所想像的都非常熾熱,其中有部分的氣體與灰塵的溫度
可能還維持在低溫狀態,因此保持著原始製造它們的恆星的訊息;也就是說,
從這些小微粒碎片中,科學家可以得知它們來自哪一顆恆星、這顆恆星內部的
核融合反應過程如何、這顆恆星的大氣物理狀態與化學組成等。
Zinner等人曾在1987年時在一塊隕石中發現「星塵」,但成分為「鑽石」(結
晶碳)和碳化矽(silicon carbide);之後雖然又再發現一些星塵,但都不曾
發現矽酸鹽。這讓這些科學家覺得很不可思議。因為,從恆星光譜顯示:恆星
大氣中含量最豐富的含氧微粒就是矽酸鹽,但到目前為止,科學家只在彗星中
發現少量來自太陽系之前的矽酸鹽。
通常來說,由於前一代的恆星演化後回歸給宇宙的物質,最後會混合在一塊,
因此不太能分辨得出隕石中的微粒是來自哪一顆恆星的遺跡。只在少數隕石的
深層,可能保存著「純種」的星塵,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的比例異常來搜尋這些星塵。
Nguyen就是秉持著這個信念,分析1990年在撒哈拉發現的隕石Acfer 094。她利
用清水取代化合物來分離微粒,以確保矽酸鹽不置於遭到化合物破壞。再利用
一種稱為「繼發性離子質譜儀(NanoSIMS ,Secondary Ion Mass Spectrometer
)」來分析同位素含量和比例,這種儀器可檢測直徑小於1微米的顆粒(百萬分
之一公尺),且可同時掃視10萬顆粒子,並同時使5種同位素行進方向偏折,藉
以分離出不同的同位素。在這極高解析度與高工作效率的雙重效益下,Nguyen才
能完成她的工作。
在9個發現矽酸鹽的微粒中,其實還可細分成四群。其中5顆微粒為第一群,富含
氧-17,缺乏氧-18,表示這是從一顆紅巨星或近巨星分支(asymptotic giant
branch)深處的混合層發出。第二群只有一顆微粒,極度缺乏氧-18,可能是從
一顆低質量恆星的表面物質下潛到中心熾熱的核融合反應區而形成。第三群也只
有一顆,富含氧-16,是一顆其重元素含量比太陽少的典型恆星所擁有。第四群
則有2顆,氧-17與氧-18都很多,可能是來自超新星或其他重元素豐度比我們太
陽還多得恆星。
經過X光解析之後,這些矽酸鹽的化學成分類似地球上的橄欖石和輝石(這兩種
都有豐富的氧、鎂、鐵、矽,只是比例不同),另外還有富鋁矽酸鹽,以及一種
含氧及鐵的硫化物。找到含鐵豐富的微粒最讓這些天文學家驚訝,因為在恆星大
氣中找到的微粒大都是含鎂比較多。
參考資料來源:
WUSTL News Release
http://www.universetoday.com/am/publish/silicate_found_meteorite.html?532004
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