同位素分析再现灶神星几十亿年前“受创”史

  作为太阳系小行星带中“最亮的那颗星”,灶神星一直吸引着人们的目光。它不仅个头大,是小行星带中的第二大行星,而且和地球一样具有壳、幔和

  2011年7月,美国国家航空航天局(NASA)“黎明”号探测器抵达灶神星,发现其形状十分奇特——它的南半球地壳异常厚,且南极存在两个巨大的撞击坑。最近,一个多国科学家组成的研究小组重构了一段灶神星的演化历史,认为是撞击造就了灶神星奇特的形状。相关论文发表在近期出版的《自然?地球科学》上。

  灶神星是一个发生过明显分异的小行星,其南极附近有一个巨大的撞击坑,叫做雷亚希尔维亚陨击坑,直径505公里,接近灶神星全球直径,几乎贯穿整个南半球。

  发表在《自然?地球科学》上的研究认为,灶神星奇特的外型,是因为它已经分化成不同地壳、地幔和核心层之后,与另一颗小行星相撞,造成了北半球的大规模破坏。这次撞击的碎片,由灶神星的全部三层组成,被粘在灶神星的南半球,这就解释了为什么NASA的“黎明”号宇宙飞船在灶神星南极探测到异常厚的外壳。

  “在距今45.2亿年前,一颗约为灶神星十分之一大小的天体突然闯入,给灶神星的北半球‘结实’地来了一下。”中国科学院国家天文台研究员苏彦表示,“闯入者”造成的撞击透过地壳、地幔,直达其金属内核。大量的撞击物向四周溅射,又在引力的作用下回归母体,并大量堆积在灶神星的南半球,从而形成厚达80公里的巨厚地壳。该撞击还形成了一种新的陨石类型——中铁陨石,即主要由未固化的铁核和灶神星壳混合组成的岩石。

  在距今约一二亿年前,灶神星再度遭受巨大撞击,产生了许多碎片,留下了南半球的两个“窟窿”,也就是最为著名的维纳尼亚盆地和雷亚希尔维亚陨击盆地。这次事件的一些碎片坠落到地球,成为地球上的HED族陨石,提供了有关灶神星的丰富信息。

  “小行星之间的相互碰撞概率比小行星撞击大行星要小一些。”中国科学院紫金山天文台研究员赵海斌介绍,但类似灶神星这么大的小行星发生碰撞的概率相对较大。两次巨大的撞击差点让灶神星灰飞烟灭,也让灶神星成了天体碰撞下的“幸运儿”。

  灶神星那么遥远,科学家是如何判定其两次被撞的经历?专家表示,目前比较好的方法是通过同位素探测。在地球上发现的大部分HED族陨石和少部分中铁陨石具有一致的氧同位素组成,证明它们可能起源于同一颗分异型小行星。通过哈勃太空望远镜和美国“黎明”号轨道探测器的探测数据,与实验室陨石样品分析数据对比,证明灶神星可能是大部分HED族陨石和少部分中铁陨石的母体。

  在瑞士苏黎世联邦理工学院,上述研究小组对被认为来源于灶神星的中铁陨石进行了高精度的年代测定,认为在452539万年前,发生了上述第一次撞击过程,导致了灶神星的南极异常厚。

  而在两亿年前左右,即第二次的大碰撞中,不少灶神星碎片从母体逃逸,随着宇宙运行轨道飞向了地球,它们就是目前地球上发现的HED族陨石。宇宙射线暴露年龄的测量显示,多数的HED族陨石来自几次不同的撞击事件,且在太空中运行了600万—7300万年的漫长旅途才陨落到地球。

  通过对HED族陨石结构的研究,科学家发现灶神星的结构和地球很类似,具有金属核,向外是橄榄岩石的幔和最外部的岩壳。“灶神星有相似于类地行星的核、幔、壳结构和早期演化史,可能是保存完好的原始行星。”苏彦表示,灶神星相当于一个微缩版的地球,对灶神星的研究将有助于了解类地行星的起源和早期演化等重大科学问题。

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