小行星「龙宫」的样本,被期待包含着易失的早期太阳系信息。此前研究认为,形成龙宫的天体在太阳系外侧生成,且未遭受超过50℃的高温。
然而,广岛大学的宫原正明等人组成的研究团队,在分析龙宫样本时,发现了一种名为「杰尔费希矿」(Djerfisherite)的矿物。由于该矿物被认为是在350℃以上的高温环境中生成的,所以在龙宫样本中发现它完全出乎意料。关于这份意外,宫原氏形容为 “如同在北极的冰中发现热带植物的种子”。
目前,虽然尚无法阐明杰尔费希矿是如何形成的,但这一发现暗示了龙宫内部曾局部产生高温环境。无论如何,这一发现或许有必要部分改写此前人们所认为的龙宫生成历史。
编号162173的小行星「龙宫」,因日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的小行星探测器「隼鸟2号」成功实现样本返回而为人所知。龙宫的岩石富含易受热分解的有机物,不仅保存着约46亿年前诞生的太阳系中易失的信息,且最终可能与地球生命存在某种关联,因此其起源备受关注。
此前众多研究认为,龙宫并非最初就以当前形态生成,而是更大天体(母体)在过去某个时间破碎后,部分碎片聚集而成。龙宫的母体被认为在太阳系诞生后的180 – 290万年间,于太阳系外侧生成。
由于龙宫母体在寒冷环境中生成,所以其中包含冻结状态的水和二氧化碳。但因其含有只有在有液态水的情况下才会存在的矿物,推测在生成约300万年后,母体内部曾遭受50℃以下足以使水融化的高温。这一热源被认为是寿命较短的放射性同位素衰变过程中产生的热量。此后,母体与其他天体碰撞破碎,部分碎片聚集形成了如今的龙宫。
总之,就目前对龙宫样本的研究来看,尚未发现母体形成后遭受高温的证据。样本中部分发现了如橄榄石(顽火辉石)这类只有在超过1000℃的高温环境下才会生成的矿物,但这并不被认为是母体本身达到超高温的证据。相反,这被认为是在太阳系相当内侧生成的天体的一部分,后来移动到太阳系外缘并混入母体的证据,也是早期太阳系剧烈动力学的证据。
然而,广岛大学宫原正明等人的研究团队报告称,在分析龙宫样本(C0105 – 042)时,发现了完全意想不到的矿物。从宫原氏 “如同在北极的冰中发现热带植物的种子” 的比喻中,便能体会到这份意外。
发现的矿物名为「杰尔费希矿」(Djerfisherite),1966年首次在陨石中被发现。此后,其发现案例大多来自陨石分析,在地球岩石中发现的例子极少。其化学组成是 “K₆(Fe,Cu,Ni)₂₅S₂₆Cl”,是一种含钾的铁镍硫化物。硫化物中含有碱金属,在自然界中极为罕见。
从陨石中常见、地球上罕见的发现情况可知,杰尔费希矿是一种在充满氧化作用物质的地球环境中难以生成的矿物。实际上,发现杰尔费希矿的陨石大多被归类为 “顽火辉石球粒陨石”。从顽火辉石球粒陨石中发现了许多如硫化钙、硅化铁等,只要有少量氧气就不会生成的矿物,据此推定其形成于比太阳系任何岩石都缺氧的还原环境。
不过,若杰尔费希矿在顽火辉石球粒陨石中多有发现,其生成场所就成了问题。因为顽火辉石球粒陨石被推定生成于太阳系中心部,且靠近水星公转轨道附近,是相当高温的环境。基于热力学计算和合成实验对杰尔费希矿生成条件的考量,其可能是从高温气体中直接合成,或者是在350℃以上环境中通过化学反应生成。
无论如何,杰尔费希矿的存在,与龙宫母体在太阳系外缘生成且未经历超过50℃温度的分析结果明显矛盾。
为何龙宫样本中含有杰尔费希矿,目前尚不清楚,但有两种推测。
第一种假设是,在太阳系内侧生成了含有杰尔费希矿的天体,该天体移动到太阳系外缘并混入龙宫母体。既然样本中含有比杰尔费希矿生成温度更高的橄榄石等矿物,这种运输就有可能发生。
第二种假设是,龙宫内部曾产生350℃以上的环境。从龙宫未经历超过50℃高温的观点看,似乎不太可能,但这是整体视角,并不否定在非常局部的部分产生高温的可能性。这种情况下,龙宫生成过程在化学上可能比此前认为的更不均匀,也许存在相当多样的环境。
作为初步结果,目前看来,认为杰尔费希矿在龙宫内部生成的第二种假设似乎是正确的,但现阶段确定杰尔费希矿的起源仍不可能。无论哪种假设正确,都可能需要部分改写龙宫的生成历史。
宫原氏等人计划在后续研究中,通过同位素分析确定杰尔费希矿的起源。持续这项研究,最终或许能通过龙宫的生成假设,了解早期太阳系复杂的动力学。