古代小行星揭示了早期太阳系比我们想象的更混乱

毫无疑问，年轻的太阳系是混乱的地方。级联碰撞将我们年轻的太阳系定义为岩石、巨石和星子的反复碰撞。

一项基于撞向地球的小行星块的新研究为一些混乱提供了时间轴。

天文学家知道，自数十亿年前太阳系早期形成以来，小行星基本上没有什么变化。

它们就像岩石的时间胶囊，包含着那个重要时期的科学线索，因为不同的小行星有地幔保护它们的内部不受太空风化。

但并非所有的小行星都是完整的。

随着时间的推移，反复的碰撞剥离了它们的铁核心的绝缘地幔，然后将其中一些核心粉碎成碎片。

有些碎片落到了地球上。从太空坠落的岩石对人们来说非常有趣，在某些情况下是一种宝贵的资源;图坦卡蒙国王下葬时带着用铁陨石制成的匕首，格陵兰岛的因纽特人用铁陨石制作了几个世纪的工具。

科学家们对铁陨石非常感兴趣，因为它们所包含的信息。

一项基于铁陨石的新研究——铁陨石是更大的小行星核心的碎片——观察了钯、银和铂的同位素。通过测量这些同位素的数量，作者可以更严格地限制太阳系早期一些事件的时间。

论文《星子中受撞击和核心冷却限制的太阳星云耗散》发表在《自然天文学》杂志上。主要作者是来自苏黎世联邦理工学院和国家研究能力中心(NCCR)行星的艾莉森·亨特。

亨特说:“此前的科学研究表明，太阳系中的小行星自数十亿年前形成以来一直相对不变。”“因此，它们是保存早期太阳系状况的档案。”

古埃及人和因纽特人对元素、同位素和衰变链一无所知，但我们知道。我们知道不同的元素在链中是如何衰变成其他元素的，我们也知道衰变需要多长时间。

其中一个衰变链是这项工作的核心:短命的107Pd-107Ag衰变系统。这条核链的半衰期约为650万年，用于探测太阳系早期存在的短寿命核素。

研究人员收集了18块不同的铁陨石样本，这些陨石曾经是小行星铁核的一部分。

然后，他们分离出其中的钯、银和铂，并用质谱仪测量这三种元素不同同位素的浓度。银的一种特殊同位素在这项研究中至关重要。

在太阳系历史的最初几百万年里，衰变的放射性同位素加热了小行星中的金属核心。随着冷却和更多的同位素衰变，一种银的同位素(107Ag)在岩芯中积累。研究人员测量了107Ag与其他同位素的比例，并确定了小行星内核冷却的速度和时间。

这并不是研究人员第一次用这种方法研究小行星和同位素。但早期的研究没有考虑银河系宇宙射线(GCRs)对同位素比率的影响。

gcr可以破坏衰变过程中的中子俘获过程，降低107Ag和109Ag的含量。这些新的结果通过计算铂同位素修正了GCR干扰。

“我们对铂同位素丰度的额外测量，使我们能够纠正银同位素测量因宇宙射线在太空中对样品造成的扭曲。所以我们能够比以往任何时候都更精确地确定碰撞的时间，”亨特报告说。

亨特说:“让我们惊讶的是，我们检查的所有小行星内核几乎是同时暴露的，在太阳系形成后的780万到1170万年间。”

400万年的时间跨度在天文学上很短。在那短暂的一段时间里，所有测量到的小行星都暴露了它们的核心，这意味着它们与其他物体的碰撞剥离了它们的地幔。没有了绝缘地幔，核心全部同时冷却。

其他研究表明，冷却是迅速的，但他们不能明确地限制时间框架。

研究小组发现，要使这些小行星具有同位素比例，太阳系必须是一个非常混乱的地方，有一段时间频繁的碰撞使小行星的地幔剥离。

“在那个时候，一切似乎都在一起，”亨特说。“我们想知道为什么，”她补充说。

为什么会有一段时间发生如此混乱的碰撞?据报道，有几种可能。

第一种可能与太阳系的巨行星有关。如果它们在那时迁移或者不稳定，它们可能会重组太阳系内部，扰乱小行星等小天体，并引发一段时间的碰撞增加。这种情况被称为尼斯模型。

另一种可能是太阳星云中的气体阻力。

当太阳还是原恒星的时候，它和其他恒星一样，被称为太阳星云的气体和尘埃云所包围。圆盘包含了小行星，行星最终也会在那里形成。但是这个圆盘在太阳系的最初几百万年里发生了变化。

一开始，气体密度很大，这减慢了小行星和星子等物体在气体阻力下的运动。但随着太阳的发展，它产生了更多的太阳风和辐射。

太阳星云还在那里，但太阳风和辐射推动着它，驱散了它。随着它的消散，它的密度变得更小，物体上的阻力也更小。

没有了致密气体的衰减作用，小行星之间的加速和碰撞更加频繁。

根据亨特和她的同事们的说法，气体阻力的减少是罪魁祸首。

该研究的合著者Maria Schönbächler解释说:“最能解释太阳系这种高能早期阶段的理论表明，它主要是由所谓的太阳星云的消散造成的。”

“这个太阳星云是太阳诞生时的宇宙云留下的剩余气体。几百万年来，它仍然围绕着年轻的太阳旋转，直到它被太阳风和辐射吹走，”Schönbächler说。

“我们的工作说明了实验室测量技术的改进如何让我们推断出发生在早期太阳系的关键过程——比如太阳星云消失的可能时间。那时，像地球这样的行星还在形成过程中。最终，这可以帮助我们更好地了解我们自己的行星是如何诞生的，但也让我们了解太阳系外的其他行星，”Schönbächler总结道。

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