早期太阳系艺术概念图NASA
研究人员提出，原行星盘气体的外流像一双“看不见的手”，参与了早期太阳系的塑造，影响了小天体和行星的形成。他们从陨石同位素含量两极化的现象入手，推演太阳系形成之初的500万年间发生的故事，并据此构建出早期太阳系天体形成的新模型。
◎洪恒飞 周 炜
记者 江 耘
5月31日，我们即将迎来武仙座流星雨。一颗颗流星划过夜空，带给我们一场视觉盛宴。但其实流星的背后，还可能包含着解开太阳系身世之谜的种种线索。在天文学家眼中，流星是来自太空的信使，帮助好奇的人类了解宇宙的奥秘。他们试图从陨石中捕捉各种蛛丝马迹，揭开藏在太阳系漫长演化历程中的种种谜团。
近日，《科学·进展》杂志刊登了浙江大学物理学院研究员刘倍贝与丹麦哥本哈根大学、瑞典隆德大学学者的联合研究成果——从陨石同位素含量两极化的现象入手，推演太阳系形成之初500万年间发生的故事。
他们提出，原行星盘气体的外流像一双“看不见的手”，参与了早期太阳系的塑造，影响了小天体和行星的形成。据此，他们构建出早期太阳系天体形成的新模型。
陨石成分不均是关键线索
让我们将时间线推回到太阳系诞生后的500万年间，彼时的太阳系正处“童年期”，太阳周围环绕着一个扁平的气体圆盘。这个气体圆盘被称为原行星盘，它就像是行星们的共同“摇篮”，其中漂浮的固体颗粒可被成长中的行星所吸积。
太阳系里的小行星、彗星或行星撞击后产生的碎片即陨石，它们的母体也形成于同一时期、同一“摇篮”——原行星盘。科学家可以通过对陨石进行研究，探索早期太阳系形成和演化的过程。
按照物质成分，陨石可分为碳质陨石和非碳质陨石。碳质陨石含有更多的挥发性物质，包括含碳有机物和水等；而非碳质陨石则含有更多的难熔性金属元素。
学界认为，这种差异源于陨石的母体形成时的位置。“原行星盘越靠近太阳的位置，温度就越高，挥发性物质含量就越低，主要物质是非碳质固体物质；越远离太阳的位置，温度越低，主要物质是碳质物质。”刘倍贝指出，这两类陨石的同位素含量也大相径庭。
刘倍贝介绍，根据同位素测年法，陨石的形成时间横跨整个原行星盘存在的阶段（约为太阳系诞生之初的500万年间），它们吸积的固体物质通常而言是流通的，因此它们在组分上应该呈现出一定的连续性。然而真实的观测结果则是这两类陨石的同位素呈现出两极化，这一现象令天文学界尤为惊讶。
刘倍贝解释道，这种两极化的现象意味着在原行星盘中，可能存在大尺度、长时间的物质隔离。
“时间隔绝”让陨石同位素两极化
会不会有一种力量，让原行星盘形成了彼此相互隔离的区域？有学者提出，这种力量或来自于太阳系中的“大兄长”——气态巨行星木星，即“木星开沟”理论，这一理论或许可以解释陨石成分两极化的现象。
“木星开沟”理论提出，木星的固体核在太阳系诞生之初的100万年内形成，它凭借其巨大的质量和强大的引力，在气体盘中开了一个“深沟”，完全阻断了后续固体颗粒的内流，内外盘的固体物质自此隔绝。
刘倍贝对这一观点存在疑问，如果木星真在气体盘中开一个“深沟”，完全阻断了后续固体颗粒的内流，那么内盘非碳质固体颗粒物会因快速迁移而消耗殆尽。这样一来，普通球粒陨石和顽火辉石球粒陨石的母体就没有可以吸积的非碳质固体颗粒物，也就无法长大。
研究表明，这两种球粒陨石形成于太阳系诞生后的两到三百万年间，说明非碳质固体颗粒物还是能长时间流通且存在于内盘区域。
相反地，如果木星开的“沟”不够深，就不能有效地阻挡固体颗粒的迁移，内外盘的物质还是可以流通的，就不会出现两类陨石同位素两极化的现象。“‘木星开沟’很难同时解释我们得到的太阳系陨石形成年龄和同位素含量这两大观测数据。”刘倍贝说。