美国宇航局的波西卡任务将于2026年到达第16颗小行星波西卡——太阳系中最大的小行星之一。这颗小行星闪亮的光泽表明，它可能是早期行星铁镍核心的一部分，或者是熔融铁可能在形成后不久就渗透过薄薄的地幔。插图作者:MAXAR/ASU/PETER RUBIN
据《国家地理》报道(作者迈克尔·格雷什科，编译邱延伦):一项新的理论认为，早期混乱的太阳系可能比天文学家想象的更加“金属化”！
火山有可能放出金属吗？如果最新的新理论是正确的，那么答案是——它在过去是正确的。太阳系原始行星的一些火山会渗出熔融的铁和镍，火山喷发过程可能会解释美丽神秘的陨石帕拉赛特是如何形成的。
9月23日科学家在《自然天文学》杂志上发表的新理论可能解释了第16颗小行星Psyche的一些奇怪特征。这颗小行星宽278公里，拥有独特的金属表面。我们将在十年内测试这项研究的想法，因为美国宇航局的精神之星任务将于2022年发射，轨道卫星将于2026年与同名小行星交会，并开展详细的测绘工作。
亚利桑那州立大学的行星科学家呼唤·埃尔金斯-坦顿是美国宇航局沈凌任务的研究项目主任。她说，“我真的很高兴看到这项研究的结果，因为如果别人没有做过这些计算，我们仍然要做。」
“我们都因为精神星的使命而如此兴奋，认为精神星的小行星不再只是天空中的亮点空，而是一个真正的天体，”这篇论文的第一作者，普渡大学的行星科学家布兰登·约翰逊补充道。“不管灵星的使命发现了什么，这是肯定的。」
金属光泽
精神星表面的雷达测量结果强烈显示，这颗小行星具有金属光泽，这让科学家怀疑它是太阳系早期形成的许多小行星(星子)的裸核。根据精神星的形成理论，它最初是由一个铁镍内核和一个岩石地幔组成，然后在早期混乱的太阳系中遭受了猛烈的撞击，失去了地幔。
然而，自2017年以来，对精神星的两项研究发现，这颗小行星的密度约为每立方厘米4.2克，比我们预期的铁和镍团块的密度低约45%。如果灵星全是金属做的，那它一定布满了很多洞。另一种可能是，灵神星虽然有金属表面，但至少还保留了一些较轻的岩石质地。但既然如此，为什么它的表面看起来和铁镍核如此相似呢？
“它的密度太高，不可能只是一块岩石；但密度太低，不可能全是金属。”埃尔金斯-坦顿说，“问题是，它是什么？」
根据这家研究机构提出的最新模型，答案可能隐藏在数十亿年前，沈凌星在形成之初的1000万至1亿年间冷却并变成固体。当灵神星的核心温度仍然足够高，处于液态时，渗出的金属物质(铁、镍、硫的混合物)可能从最外层开始凝固。这样核心的铁和镍就会形成晶体，扩散到灵神星的中心，就像窗户玻璃上的霜枝一样。
然而，在硫的存在下，铁和镍不会形成晶体。因此，当这些金属继续凝固时，堆芯中残留的熔融金属将含有更多的硫。熔体中积累的硫越多，温度越低。纯铁在温度低于1538摄氏度时会开始凝固，但比例合适的铁硫混合物在温度低至988摄氏度时仍能保持液态。
琼森和他的同事们计算出，根据这些熔体的空间隙大小，里面的熔融金属可能会受到巨大的压力，大约每平方英寸几百磅。这种压力就像挤牙膏一样，让熔化的金属穿过上面的地幔。如果地幔厚度小于48公里左右，甚至可以到达天体表面，形成陨石坑状特征。琼森说，如果人类可以漂浮在这些分泌物上，他们可能会看到大裂缝和热铁和镍渗出。
研究小组将他们提出的理论过程命名为“火山铁作用”，这可能有助于解释灵星奇特的外观和密度。琼森和他的合作伙伴迈克尔·索里(Michael Sori)和亚历山大·埃文斯(Alexander Evans)发现，如果在小行星的铁核上方存在25公里厚的岩石地幔，那么观测到的灵星密度就有意义。而且，如果灵神星确实有岩石地幔，那么小行星核心的铁火山渗出物可能已经镶嵌了金属在地幔上。
“我认为最有趣的部分是，这项研究表明沈凌星可能不是一个铁镍球体，也不是一个裸露的核心，”琼森说。“如果我们是对的，沈凌星可能有一封几十公里厚的信。」
镶嵌宝石的陨石？
埃尔金斯-坦顿对这项研究的计算表示赞赏，但她也警告说，我们仍然不知道这次火山活动的程度，雷达数据显示沈凌星的表面大部分是由金属构成的。
“也许灵神星是一颗微型行星的核心，但有许多岩石剥落得不均匀，也可能只是一团乱麻。有很多种可能。”埃尔金斯·坦顿(Elkins Tanton)说，“但至少不会是泰空里的金属球。」
尽管如此，铁火山作用的理论仍然非常有吸引力，部分原因是它还可以解释一种神秘陨石的起源——橄榄陨铁。橄榄陨石由嵌在铁镍基质中的绿褐色晶体——橄榄石矿物组成，有时嵌在其中的晶体甚至是橄榄石——宝石级橄榄石。因为橄榄石是在地幔中形成的，所以科学家一直认为橄榄石陨石是地幔和地核的混合物，由于远古时期的碰撞，在太阳系中高速飞行，其中一部分坠落在地球上。然而，橄榄石陨石的确切起源仍然是一个悬而未决的问题。
琼森说:“本质上，这种铁火山可以将核心物质与地幔混合在一起。」
但埃尔金斯·坦顿(Elkins Tanton)表示，铁水与矿物质混合无法形成橄榄石陨石，而这些陨石往往缺乏其他矿物质。而在小行星形成的时间轴上，天体地幔深处仅由橄榄石形成晶体的时间窗口很短。
“如果只有铁镍岩浆能够喷发到那一层，那么我认为这种机制会起作用，”她说。“但至少在我看来，它不能解决橄榄石陨石的所有谜团。」
沈星轨道卫星将于2026年开始研究这些谜团。科学家可以通过小行星表面的重力差异来判断小行星中有许多不同的层，或者说它们都是由多孔金属构成的。轨道也可以绘制沈凌星的表面组成。如果在沈凌星表面发现橄榄石，这意味着沈凌星可能在太阳系的部分地区产生了橄榄石陨石——甚至是我们在地球上发现的那些。
虽然还需要几年的时间才能得到灵神星任务的数据，但琼森还是很高兴终于可以近距离观察这颗不同寻常的小行星了。“看到另一个世界是行星科学家的目标。」
