兩塊隕石,將行星歷史的實物記錄向兩個方向延伸:來自火星的輝橄欖石輝石岩隕石 NWA 13441,記錄約 12.73 億年前的火山活動,補上已知火星輝石岩隕石記錄中一段長期缺失的時期;另一方面,南極隕石 DOM 08006 內的微小礦物包體,則保留了太陽系誕生最初 20 萬年內曾經存在磁場的證據。13
這些結果並不是要把行星形成簡化成「重力定磁力」的二選一。相反,它們顯示兩種作用都可能重要,而非常古老的物質,仍然可以保存一些遙遠年代的線索,讓科學家有機會重建原本難以追溯的歷史。
NWA 13441 補上火星的「隕石空白期」
NWA 13441 於 2019 年在阿爾及利亞發現,後來被鑑定為輝橄欖石輝石岩(olivine-phyric shergottite),屬於已知來自火星的火成隕石。研究人員測定它約在 12.73 億年前結晶形成。213
這個年代,正好落在兩批較有代表性的火星輝石岩隕石之間:目前大部分已知樣本都年輕於約 6 億年,而下一批最古老、已有年代測定的樣本則約有 24 億年歷史。換句話說,NWA 13441 成為目前已知首塊來自這段時期的輝石岩隕石,為火星約 18 億年的樣本空白期提供了實物證據。13
不過,這段空白並不代表火星在整個時期都沒有地質活動。它只代表科學家一直缺少這類特定的實物樣本。NWA 13441 為研究人員提供一個新的時間座標,有助重新推算火星在其中段歷史如何形成火山岩,以及當時的岩漿活動何時發生。
釹同位素,指向火星更深處的物質庫
這塊隕石特別之處不只在於年齡,還在於它的同位素特徵。它最初的釹同位素組成,接近與太陽系早期原始物質有關的球粒隕石值,與過往研究的火星輝石岩隕石有所不同。713
目前較主要的解讀是,形成這塊隕石的岩漿來自一個獨特的火星地幔物質庫。這個物質庫沒有經歷其他輝石岩隕石來源同樣程度的化學改造。簡單講,NWA 13441 可能取樣到火星較深處的一部分,當中仍然保留了行星最初形成時遺留下來的成分。113
當然,這仍然是一種科學解讀,而不是直接拍到火星內部的照片。同位素模式可以揭示不同物質庫之間的關係,但單憑這些數據,未能確定來源的實際深度,也不能證明該物質完全沒有受到後來的改變。不過,結果與以下想法吻合:相比地球,火星可能更有效保留了一些原始物質。地球活躍的板塊構造會不斷回收地殼及上層地質記錄,令非常古老的物質較難完整保存。13
DOM 08006 留住太陽系初生時的磁場記錄
第二項研究將時間推得更遠。麻省理工學院(MIT)研究人員分析了南極隕石 DOM 08006 內的鈣鋁質包體(calcium-aluminum-rich inclusions,簡稱 CAIs)。CAIs 是目前已知最古老的太陽系固體物質之一,形成於太陽系開始成形後最初約 20 萬年內。
這些包體內含有殘留磁化訊號,顯示早期太陽星雲曾經存在相當強的磁場。研究報告估算的古磁場強度約為 150 至 600 微特斯拉。
這個發現之所以重要,是因為早期太陽系並不是一團單純在重力作用下塌縮的氣體和塵埃。當氣體及塵埃向內移動時,物質同時需要失去角動量——也就是維持旋轉運動的能力。磁場與帶電氣體互相作用,就可以協助搬走這些角動量,令物質更容易透過正在形成的盤狀結構向內吸積。
因此,隕石證據支持一個較完整的模型:磁力可能協助整理早期的物質盤,將物質輸送到逐漸成長的太陽附近,並影響最終形成行星的環境。不過,這並不表示磁場取代了重力,更不是說磁場單獨「製造」了太陽及行星;它反映的是,磁力很可能是伴隨重力一同發揮作用的重要過程。
兩項研究的共同啟示
火星與早期太陽系研究的時間尺度完全不同,但兩者帶出同一個更廣泛的科學訊息:行星歷史的記錄並不完整,而一小塊實物,有時可以揭示遙距觀測難以還原的事件。
NWA 13441 為火星火山歷史補上一個失落的時間點,亦暗示火星內部可能保存着化學成分獨特的古老物質庫。DOM 08006 則將視線推回更早年代,顯示初生太陽系的物質盤在最初階段已經帶有足以影響物質流動的磁場。
合併來看,兩項研究提出兩個審慎但重要的結論:火星似乎至少保留了部分化學上獨特的原始物質,而初生太陽系的運作亦不只是重力一力主導。隨着未來發現更多隕石、取得更多實驗室測量結果,這些結論仍可能進一步修訂。