太阳的起始还是个谜,尽管我们知道刚诞生的太阳可能相当活跃,更常喷发强烈带电粒子流,但太阳系中几乎找不到能证明太阳早期活动的物质。幸运地,科学家现在从一块古代陨石中,发现被困住的微小淡蓝色晶体,里头的化学物质揭示太阳曾经有多么热情豪放。
46 亿年前太阳诞生,经过 5,000 万年从一个不受控的小孩迈入成熟状态,并形成包括地球在内的行星家族,有多不受控?如果你有小孩,想想他 3 岁时的所作所为就知道。而这段期间内太阳究竟发生哪些事,科学家很难定论,只知道一颗恒星一旦稳定下来,可以拥有长达数百亿年的寿命——太阳正处于这个阶段。
透过观测其他恒星的演化史,我们知道年轻恒星精力充沛,因此合理怀疑太阳刚出生时也是如此,但想证明这种假说相当棘手,尽管古老陨石是最佳线索提供者,它们就像时空胶囊,科学家可能从中发现生命成分、一颗巨大久远的行星、或是来自星际的化学组成,但也难保证这些物质不会在这数十亿年间受到损害。
为了寻找太阳也曾精力充沛的证据,芝加哥大学团队分析了 1969 年于澳大利亚维多利亚州发现、现保存在美国芝加哥费氏博物馆(Field Museum)的默奇森陨石(Murchison meteorite)晶体样本,这颗陨石因含丰富有机分子而在科学界享誉盛名。
研究人员利用最先进的质谱仪分析,以激光轰击这块小到只有几根头发宽的黑铝钛钙石(hibonite)晶体,释放出被困在晶体内数十亿年的大量氖和氦原子,这就是最确凿的证据。氖和氦都属于稀有气体元素且非常不活泼,几乎不与其他物质发生反应形成化学键,也就是说它们在形成时不应该与黑铝钛钙石晶体结合。那么这些惰性气体元素是如何出现在晶体里面的?
原来,黑铝钛钙石晶体由包括钙和铝的几种元素组成,当太阳喷发的高能粒子击中晶体内某些原子后会分裂成更小的氦和氖原子。研究主要作者、芝加哥大学化学家 Levke Kööp 领导的团队得出结论,由于惰性气体在形成时不与晶体结合,因此出现在晶体中的氦和氖原子必须是高能粒子撞击后分裂的产物,大力支持了太阳早期活跃的假说。
之前有研究提出新生太阳比现在更加活跃的证据,是从古代陨石中发现放射性铍-10 的痕迹,不过新团队认为,铍-10 可能不是来自新生太阳,而是从生出太阳的分子云中继承得来。相比之下,氖和氦是稀有气体,几乎不与其他化学物质发生反应,如果出现在晶体内部,只可能是后来生成,而不是一开始就被困住。
新研究已发表在《自然-天文学》(Nature Astronomy)期刊。
- Blue crystals in meteorites reveal the Sun’s rowdy younger years
- Blue Meteorite Crystals Reveal the Sun’s Wild Youth
- Meteorite Crystals Older than Earth Reveal Early Sun Secrets
(首图来源:芝加哥费氏博物馆)