几十年来奇特陨石家族的研究者陷入困境–现在解决了令人困惑的嵌合体

来自一个罕见的陨石家族的样本（包括此处所示的陨石家族）显示，它们的母行星是在太阳系最早阶段形成的，是一个复杂的分层物体，具有类似于地球的熔融核和固体壳。

研究表明，稀有物体可能来自具有磁芯的早期行星。

降落在地球上的大多数陨石都是小行星的碎片，小行星是太阳系中最早的原行星体。科学家认为这些原始物体要么在其历史早期就已完全融化，要么仍是成堆的未融化的瓦砾。

但是自1960年代发现以来，陨石家族就使研究人员迷惑不解。在世界各地发现的这些波斯碎片似乎是从同一个原始物体中折断的，然而，这些陨石的构成表明它们的父母一定是令人费解的嵌合体，既融化又未融化。

现在，麻省理工学院和其他地方的研究人员已经确定，这些稀有陨石的母体确实是一个多层的，分化的物体，可能具有液态金属核。这个磁芯足够坚固，可以产生与当今地球磁场一样强的磁场。

他们的研究结果发表在2020年7月24日的《科学进展》杂志上，表明太阳系中最早的物体的存在可能比科学家们想象的要复杂。

“这是一个小行星的例子，它必须具有熔化和未熔化的层。它鼓励寻找更多有关复合行星结构的证据。”主要作者，麻省理工学院地球，大气与行星科学系（EAPS）的研究生Clara Maurel说。“了解从未融化到完全融化的结构的全部范围，是破译早期太阳系中小行星形成方式的关键。”

Maurel的合著者包括EAPS教授Benjamin Weiss，以及牛津大学，剑桥大学，芝加哥大学，劳伦斯伯克利国家实验室和西南研究所的合作者。

奇数熨斗

太阳系形成于大约45亿年前，是由超高温气体和粉尘引起的漩涡。随着该盘逐渐冷却，一些物质碰撞并合并形成逐渐变大的物体，例如小行星。

坠落到地球上的大多数陨石的成分表明，它们来自如此早期的行星小行星，有两种类型：熔化的和未熔化的。科学家认为，这两种类型的物体在太阳系演化的早期，都将在不到几百万年的时间内相对迅速地形成。

如果在太阳系的前150万年中形成了一个行星小行星，那么短暂的放射源元素可能完全由于其衰变释放的热量而融化了人体。当未熔化的小行星的材料中含有较少量的放射源元素，不足以熔化时，它们可能会在以后形成。

在陨石记录中，几乎没有证据显示具有熔化和未熔化成分的中间物体，除了罕见的陨石家族称为IIE铁。

魏斯说：“这些IIE烙铁是奇怪的陨石。”“它们既显示了从未融化的原始物体的证据，也显示了来自完全融化或至少实质上融化的物体的证据。我们不知道将它们放在哪里，这就是使我们零投入使用的原因。”

磁性口袋

科学家先前发现，熔化的和未熔化的IIE陨石均起源于同一古老的行星小行星，它们可能具有覆盖在地幔之上的固体外壳，例如地球。莫雷尔（Maurel）和她的同事们想知道，这颗小行星是否也可能藏有金属化的熔化核。

“这个物体是否融化到足以使材料沉没到中心并形成像地球一样的金属核？”莫雷尔说。“那是这些陨石故事中缺少的部分。”

研究小组认为，如果这颗小行星确实拥有金属核，那么它​​很可能会产生磁场，类似于地球搅动的液体核产生磁场的方式。这样一个古老的田地可能导致星球上的矿物指向田地的方向，就像指南针中的针一样。某些矿物质可能已经使这种排列保持了数十亿年。

莫雷尔（Maurel）和她的同事们想知道，他们是否会在坠入地球的IIE陨石样品中找到这种矿物。他们获得了两个陨石，并对其进行了分析，以分析一种以其出色的磁记录特性而闻名的铁镍矿物。

该小组使用劳伦斯伯克利国家实验室的高级光源分析了样品，该光源产生的X射线与纳米级的矿物颗粒发生相互作用，从而可以揭示矿物的磁性方向。

果然，许多晶粒中的电子沿相似的方向排列-证明母体产生了一个磁场，可能高达数十微特斯拉，大约相当于地球磁场的强度。在排除了不太合理的来源之后，研究小组得出结论，磁场很可能是由液态金属芯产生的。为了产生这样一个磁场，他们估计岩心必须至少有几十公里宽。

莫雷尔说，这种具有混合成分的复杂小行星（融化了，呈液核和地幔的形式，而未融化成固体地壳的形式）可能要花费几百万年的时间才能形成。比科学家直到最近的设想更长的时间。

但是陨石是从哪里来的呢？如果磁场是由母体的核心产生的，这意味着最终落到地球上的碎片可能不是来自核心本身。那是因为液芯只会在仍然搅动和发热的情况下产生磁场。在原岩心完全冷却之前，任何会记录古田的矿物都必须在岩心外进行。

该团队与芝加哥大学的合作者一起，对这些陨石的各种形成情况进行了高速模拟。他们表明，具有液芯的物体可能会与另一个物体碰撞，并且这种撞击会将物料从芯中移出。然后，该材料将迁移到靠近陨石起源表面的凹穴中。

随着身体的冷却，这些口袋中的陨石会将这种磁场印在他们的矿物质中。在某些时候，磁场会衰减，但烙印会保留下来。莫雷尔说。“后来，这个物体将经历许多其他碰撞，直到最终碰撞将这些陨石置于地球的轨迹上。”

如此复杂的小行星是早期太阳系中的异常值，还是许多这样的分化物体之一？魏斯说，答案可能在于小行星带，那里是原始残骸的聚集地。

魏斯说：“小行星带中的大多数物体表面未融化。”“如果我们最终能够看到小行星内部，我们可以测试一下这个想法。也许有些小行星在里面融化了，像这样的小行星实际上很常见。”

参考：Clara Maurel，James FJ Bryson，Richard J. Lyons，Matthew R. Ball，Rajesh V. Chopdekar，Andreas Scholl，Fred J. Ciesla，William F. Bottke和Benjamin P撰写的“小行星部分分化和长期积聚的陨石证据” Weiss，2020年7月24日，《科学进展》。
10.1126 / sciadv.aba1303

这项研究部分由美国国家航空航天局（NASA）资助。