隕石，作為來自太空的“客人”，是小行星或彗星分裂、撞擊后產(chǎn)生的碎片。它們包含著太陽系形成初期的豐富信息，科學(xué)家們通過收集并研究這些“天外來客”，揭秘早期太陽系形成和演化的歷史。

近日，浙江大學(xué)物理學(xué)院劉倍貝研究員與丹麥哥本哈根大學(xué)和瑞典隆德大學(xué)的合作者們，共同提出原行星盤氣體外流效應(yīng)能產(chǎn)生觀測上的隕石同位素兩極化現(xiàn)象，并據(jù)此構(gòu)建了早期太陽系天體形成的新模型。這項成果于4月22日發(fā)表在國際知名期刊《科學(xué)進(jìn)展》上，劉倍貝是論文的第一兼通訊作者。

隕石形成于太陽系誕生的初期，熾熱的太陽周圍存在一個原行星盤，是孕育行星和隕石的搖籃。隕石從化學(xué)成分上可分為炭質(zhì)隕石和非炭質(zhì)隕石。前者含有更多的含碳有機(jī)物，后者含有更多的鐵鎳等金屬元素。通過吸積盤內(nèi)固體物質(zhì)隕石不斷長大，盤內(nèi)靠太陽位置溫度高，形成的隕石以非炭質(zhì)為主；遠(yuǎn)離太陽位置溫度低，形成的隕石以炭質(zhì)為主。最新的隕石分析表明以上兩類隕石的同位素含量也“涇渭分明”，呈現(xiàn)兩極化分布，而這種涇渭分明的差異被視為構(gòu)成原初行星盤內(nèi)的固體物質(zhì)在內(nèi)外部的不同所導(dǎo)致。

隕石群同位素“涇渭分明”的現(xiàn)象也激發(fā)了學(xué)界對太陽系早期演化的構(gòu)想。為了解釋以上觀測，劉倍貝團(tuán)隊著眼于學(xué)界通常忽視的行星盤中的氣體。他們發(fā)現(xiàn)在氣體外流的影響下，固體顆粒物的遷移速率和方向發(fā)生改變。模擬結(jié)果表明，盤外側(cè)的炭質(zhì)固體顆粒需要經(jīng)過三百萬年才會最終遷移進(jìn)入內(nèi)盤類地行星形成區(qū)，在他們流入內(nèi)盤之前，成長于該區(qū)域的隕石母體們靠吸積耐火物質(zhì)形成，炭質(zhì)隕石母體形成于外盤，通過吸積炭質(zhì)顆粒物長大。在約三百萬年之后，炭質(zhì)顆粒物最終遷移進(jìn)入內(nèi)盤。此后地球和火星等類地行星吸積炭質(zhì)顆粒物成長，因而它們的同位素含量是兩大類固體物質(zhì)的混合?！?/span>重要的是，該模型預(yù)示著不同隕石的同位素差異并不是空間上的隔絕，而是形成時間上的演化。”劉倍貝說。

在這項研究中，浙大團(tuán)隊也指出了早先理論的缺陷。有研究提出木星的快速形成并在氣體盤中開溝可以解釋上述現(xiàn)象。開溝是指當(dāng)行星足夠大，引力效應(yīng)很強(qiáng)，能夠清空軌道周圍的氣體。該模型要求木星固體核在太陽系誕生后一百萬年內(nèi)快速形成，劉倍貝表示，如果木星確實能在氣體盤中開一個深溝而完全阻斷后續(xù)固體顆粒的內(nèi)流，則內(nèi)外盤的固體物質(zhì)自此隔絕，內(nèi)盤非炭質(zhì)固體顆粒物會因快速遷移而消耗殆盡。然而隕石測年研究表明，形成于內(nèi)盤的非炭質(zhì)O型和E型球粒隕石母體形成于太陽系誕生后兩到三百萬年間?！扒叭说墓ぷ飨热霝橹鳎J(rèn)為隕石同位素兩極化的現(xiàn)象是太陽系中最大的行星在形成過程中的產(chǎn)物。但我們發(fā)現(xiàn)其很難同時解釋太陽系隕石的形成年齡和同位素含量兩大觀測結(jié)果?！眲⒈敦惤忉尩?。“對科學(xué)問題的研究需要不斷打破固有思維。”談及這項研究的意義，劉倍貝說。

劉倍貝團(tuán)隊主要研究涵蓋了天體物理學(xué)和行星科學(xué)的交叉前沿，深入探究行星起源，演化和構(gòu)型，通過理論和數(shù)值模擬來闡釋太陽系和系外行星的觀測特性。本研究受到國家自然科學(xué)基金面上項目和浙江大學(xué)百人計劃啟動基金的資助。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3045

（文 柯溢能/圖片由受訪人提供）