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研究人员在形成于46亿年前的小行星陨石内发现富含二氧化碳的液体水

研究人员在形成于46亿年前的小行星陨石内发现富含二氧化碳的液体水

研究人员在形成于46亿年前的小行星陨石内发现富含二氧化碳的液体水

研究人员在形成于46亿年前的小行星陨石内发现富含二氧化碳的液体水

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:通过研究古老陨石碎片,科学家们可以获得太阳系在远古时代如何形成的重要见解。现在,在一项新的研究中,研究人员在一块形成于46亿年前小行星陨石内发现了富含二氧化碳的液体水。这一发现表明,这颗陨石的母体小行星在进入内太阳系之前就已经在木星的轨道之外形成,并为太阳系形成动态提供了关键证据。

水在我们的太阳系中是很丰富的。即使在我们自己的星球之外,科学家们已经在月球、土星环和彗星中探测到了冰,在火星和土星卫星Enceladus表面下探测到了液态水,在金星炙热的大气中探测到了水蒸气的痕迹。研究表明,水在太阳系的早期演变和形成中发挥了重要作用。为了进一步了解这一作用,行星科学家们在陨石等地外物质中寻找液态水的证据,这些陨石大多源自太阳系早期历史中形成的小行星。

科学家们甚至在陨石中发现了以羟基和分子形式存在的水,它们被包裹在含水矿物当中,这些矿物基本上是含有一些离子或分子水的固体。科学家们已经在位于一类被称为普通软玉的陨石盐晶体中发现了这样的液态水包裹体。

Tsuchiyama教授和他的同事想知道液态水包裹体是否存在于一类被称为 "碳质软玉"的碳酸钙中,这类陨石来自太阳系历史上非常早期形成的小行星。因此,他们检查了Sutter’s Mill陨石样本,它源自于46亿年前形成的小行星。由Tsuchiyama教授领导的调查结果最近发表在著名期刊《科学进展》上。

研究人员使用先进的显微镜技术来检查Sutter’s Mill陨石碎片,他们发现了一个方解石晶体,其中含有一个纳米级的水液包合物,至少含有15%的二氧化碳。这一发现证实了古代碳质软玉石中的方解石晶体确实不仅可以包含液态水,还可以包含二氧化碳。

Sutter’s Mill陨石中液态水包裹体的存在,可以了解陨石母体小行星的起源和太阳系的早期历史。这些包裹体可能是由于母小行星在形成时结构内有一些冰冻的水和二氧化碳。这就要求小行星在太阳系的某个地方形成,其温度足以使水和二氧化碳冻结,而这些条件将使小行星的形成地点远远超出地球的轨道,甚至可能超出木星的轨道。然后,这颗小行星运行到太阳系的内部区域,在那里碎片可能后来与地球相撞。这一假设与最近对太阳系演变的理论研究相一致。

这些研究表明,富含水和二氧化碳等小型挥发性分子的小行星在木星轨道之外形成,然后运行到更靠近太阳的地区,这种运动最可能的原因是木星的引力作用和木星的迁移。总之,在太阳系早期形成的碳质软玉陨石内发现水包裹体,是行星科学研究的一项重要成就。

相关报道:数十亿年前的太空化学:陨石中的聚合物提供了早期太阳系的线索

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:外媒报道,一组来自最古老陨石类别CV3类型“成员”的聚合物,揭示了早在125亿年前的太空化学。许多陨石是来自小行星的小碎片,在它们存在的任何时候都没有经历过高温。正因为如此,这些陨石为我们的太阳系在45.7亿年前形成时或之前存在的复杂化学成分提供了良好的记录。

由于这个原因,研究人员对陨石中的单个氨基酸进行了研究,这些氨基酸种类丰富,其中许多是现今的生物体中没有的。

在AIP出版社出版的《流体物理学》中,来自哈佛大学的研究人员显示,在最古老的陨石类--CV3型的几个“成员”中,存在着一组系统的氨基酸聚合物。这些聚合物形成了有组织的结构,包括结晶的纳米管和规则的钻石对称性的空间填充晶格,其密度估计是水的1/30。

作者Julie McGeoch说:“因为形成我们的聚合物所需的元素早在125亿年前就存在了,而且似乎有一条形成它们的气相路线,所以这种化学有可能在整个宇宙中都存在。”

防止地球上的污染是研究人员的首要任务。他们设计了一种洁净室方法,使用带有真空钎焊金刚石钻头的清洁步进电机,在仅从孔的底部取出新蚀刻的材料之前,将几毫米推进到陨石样本中。在一次蚀刻中使用了几个钻头,所有的钻头都是用超声波清洗的。

然后研究人员将得到的微米级的陨石颗粒放在管子里,储存在零下16摄氏度。通过Folch萃取法诱导聚合物从微米级颗粒中扩散出来,这涉及到与不同密度的溶剂相关的两个化学阶段。质谱分析显示了这些聚合物的存在,它们由甘氨酸(最简单的氨基酸)链和额外的氧和铁组成。它们有一个非常高的氘氢同位素比率,证实了它们的外星来源。

这项研究的灵感来自于对一种小型的、高度保守的生物蛋白的观察,这种蛋白可以吸附水。这一发现表明,如果这种分子能够在气相空间形成,它将通过提供大量的水来帮助早期的化学。

研究人员利用量子化学表明氨基酸应该能够在分子云中聚合,保留聚合的水。随后进行了许多实验,使用陨石作为聚合物的来源,最终形成了三维结构。

展望未来,研究人员希望通过持续的X射线分析获得甘氨酸棒的更多细节。同类的其他聚合物仍有待于表征,并可能揭示出聚合物形成的能量学。

相关报道:研究人员利用不寻常的陨石来深入了解太阳系的过去和现在

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:外媒报道,研究人员利用不寻常的陨石来深入了解我们太阳系的过去和现在。2011年,科学家证实了一个猜测:本地宇宙中出现了“分裂”。Genesis任务带回地球的太阳风样本明确地确定了太阳中的氧同位素与地球、月球和太阳系中其他行星和卫星上的氧同位素不同。

在太阳系历史的早期,后来凝聚成行星的物质曾被大量的紫外线照射,这可以解释这种差异。它是从哪里来的?出现了两种理论。紫外线要么来自我们当时年轻的太阳,要么来自太阳的恒星“苗圃”中的一颗附近的大恒星。

现在,来自圣路易斯华盛顿大学文理学院物理学助理教授Ryan Ogliore实验室的研究人员,已经确定了哪种情况是造成这种“分裂”的原因:很可能是来自一颗早已死亡的大质量恒星的光,在太阳系的岩石体上留下了这个印象。这项研究由物理系空间科学实验室的博士后研究助理Lionel Vacher领导。

他们的研究结果发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》杂志上。

Ogliore说:“我们知道我们是从星尘中诞生的:也就是说,由我们银河系附近的其他恒星产生的尘埃是太阳系的组成部分。但这项研究表明,星光对我们的起源也有深刻的影响。”

小小的时间胶囊

所有这些深奥的东西都被装在一块仅有85克的岩石中,这是1990年在阿尔及利亚作为陨石发现的一块小行星,名为Acfer 094。小行星和行星由相同的前太阳系物质形成,但它们受到了不同自然过程的影响。凝聚成小行星和行星的岩石构件被打碎和撞击;被汽化和重新组合;以及被压缩和加热。但是Acfer 094所来自的小行星设法生存了46亿年,基本上没有受到伤害。

"这是我们收集的最原始的陨石之一,"Vacher说。"它没有被大幅加热。它包含多孔区域和在其他恒星周围形成的微小颗粒。它是太阳系形成的一个可靠见证。"

Acfer 094也是唯一含有宇宙后成合晶的陨石,这是一种具有极重氧同位素的氧化铁和硫化铁的互生体--这是一个重要的发现。

与太阳系的其他地方相比,太阳含有大约6%的最轻的氧同位素。这可以解释为紫外线照射在太阳系的构件上,选择性地将一氧化碳气体分解为其组成原子。这个过程也创造了一个重得多的氧同位素的储存库。然而,在宇宙后成合晶之前,没有人在太阳系材料的样本中发现这种重的同位素特征。

然而,由于只有三种同位素,仅仅找到重氧同位素还不足以回答光的来源问题。不同的紫外线光谱可能产生相同的结果。

Vacher说:“这时Ryan想到了硫磺同位素的想法。”硫的四种同位素将以不同的比例留下它们的痕迹,这取决于照射原太阳系中硫化氢气体的紫外光光谱。一颗大质量的恒星和一颗年轻的类太阳恒星具有不同的紫外线光谱。

当小行星上的冰块融化并与小块的铁镍金属反应时,形成了宇宙后成合晶。除了氧气之外,宇宙后成合晶还含有硫化铁中的硫。如果它的氧气见证了这一古老的天体物理过程--它导致了重氧同位素--也许它的硫也是如此。

"我们开发了一个模型,"Ogliore说。"如果我有一颗大质量的恒星,会产生什么样的同位素异常现象?对于一颗年轻的、类似太阳的恒星呢?该模型的精确度取决于实验数据。幸运的是,其他科学家已经做了很好的实验,当硫化氢被紫外光照射时,同位素比率会发生什么变化。"

Acfer 094中宇宙后成合晶的硫和氧同位素测量证明了另一个挑战。这些颗粒大小为几十微米,是各种矿物的混合物,需要在两台不同的原位二次离子质谱仪上采用新技术:物理系的NanoSIMS(在物理系研究助理教授刘楠的协助下)和地球与行星科学系的7f-GEO(也在文理学院)。

研究人员获得了地球和行星科学教授、文理学院环境研究系主任以及国际能源、环境和可持续发展中心主任大卫-费克,以及地球和行星科学研究科学家克莱夫-琼斯等人的帮忙。

"他们是生物地球化学高精度原位硫同位素测量方面的专家,"Ogliore说。"如果没有这种合作,我们就不会达到区分年轻太阳和大质量恒星情况所需的精度。"

宇宙后成合晶的硫同位素测量结果与来自大质量恒星的紫外线照射相一致,但不符合来自年轻太阳的紫外线光谱。这些结果对46亿年前太阳诞生时的天体物理环境提供了一个独特的视角。邻近的大质量恒星可能足够近,以至于它们的光线影响了太阳系的形成。夜空中这样一颗邻近的大质量恒星会显得比满月更亮。

Vacher说:“我们在猎户座星云中看到了新生的行星系统,称为proplyds,它们被附近的大质量O型和B型恒星的紫外线蒸发掉了。”

“如果proplyds离这些恒星太近,它们就会被撕碎,而行星就永远不会形成。”他说:“我们现在知道我们自己的太阳系在诞生时离得很近,足以受到这些恒星的光线的影响。但值得庆幸的是,没有太近。”




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