據資料統計,目前為止地球上發現了大約有61000顆隕石,其中,大約有200個非常特別:它們來自火星。這200顆隕石是火星在太陽系早期形成的重要線索。
我們知道火星在過去是一個非常不同的地方,研究表明火星最古老的表面顯示出水、火山活動和小行星撞擊的跡象,這些小行星被定義為直徑約1930公里的原行星。但許多火星形成的線索都被數十億年的時間抹去了,除了隕石。
這些小行星對火星的一些撞擊力足以將流星射入太空,其中一些流星以隕石的形式撞擊地球。這些隕石含有大量的元素,如鎢和鉑。鎢和鉑對鐵有親和力,在火星早期的熔融時期,鎢和鉑會和鐵一起沉入地核。
同樣地,早期的火星與現狀格格不入,有著強烈的火山活動、海洋和大氣。但我們對它的歷史和形成有很多不了解。這張圖片顯示了40億年前在火星上形成的早期海洋阿拉伯(的樣子,而36億年前的海洋海岸線較小。
所以我們在地球上發現的火星隕石是撞擊初期火星地殼的樣本。由於鎢和鉑在撞擊時並不存在於地殼中,它們已經沉入地核,所以它們一定來自其他地方。一項新的研究表明,隕石中的鎢和鉑來自撞擊火星的小行星外殼,而不是火星的原始外殼。相反,火星形成的時間比想象的要長,在這段時間裡,小行星撞擊火星,形成了被隕石取樣的地殼。
如果說星子在火星表面沉積了鎢和鉑,那就意味著這些星子在其歷史的晚些時候撞擊了火星,當時火星已經冷卻,主核已經形成。由此延伸,這意味著火星形成的時間比最初想象的要長。來自地殼放射性衰變的流星同位素比值強化了火星形成需要更多時間的觀點。
此前,這些證據看起來像是火星在大約200萬到400萬年內形成的。但這一結論主要基於火星隕石及其鎢同位素比值。這項新的研究表明,可供研究的隕石數量有限,這一結果有失偏頗。這顆火星隕石名叫尼克,名叫“黑美人”,發現於非洲西北部。
科學家表示:“我們知道火星從早期的大型碰撞中接收到鉑和金等元素。為了研究這一過程,我們進行了平滑的粒子流體動力學碰撞模擬,根據我們的模型,早期的碰撞產生了一個不均勻的,大理石蛋糕狀的火星地幔。這些結果表明,由於可供研究的隕石數量有限,對火星形成的普遍看法可能有偏差。”
隨後,科學家通過隕石中的鎢同位素比率得出了火星形成於大約200萬到400萬年的結論。但與小行星及其自身外殼的碰撞可能改變了火星外殼中鎢的比例平衡,這意味著火星的形成需要長達2000萬年的時間。空間研究所空間科學與工程部副Quattroporte助理羅賓·坎普博士說:“大型拋射體的碰撞可能導致火星早期地幔中這些物質的不均勻混合。這可能導致對火星形成時間的不同解釋,而不是那些假設所有射彈都很小且同質的解釋。”
研究小組對一個大的、分化的拋射體在核心和地幔形成後撞擊早期火星進行了高解析度、平滑的粒子模擬。彈丸的核心和地幔顆粒分別由棕色和綠色球體表示,顯示了被同化到火星地幔中的彈丸材料的區域性濃度。
但是目前對於火星隕石的一個問題是,我們不知道它們到底是從哪裡起源的,我們也不知道它們是整個地殼的代表性樣本,還是僅僅來自少數幾個地方。只有大約200個,不太可能是不同的樣本。事實上,所有的火星隕石很可能都起源於相對較少的撞擊。
這項新的研究表明,火星地殼上的不同位置可能接收到來自不同大型拋射體的不同濃度的物質。這就需要不同濃度的鐵元素。當然,理解火星的挑戰歸結於缺乏樣本。火星隕石雖然在科學上引人注目且有趣,但並不是一個有代表性的樣本。未來的火星任務有望返回更多的樣本進行研究。有了它們,科學家們將能夠更好地了解火星地殼中愛鐵岩石的變化情況。這反過來將有助於我們了解地球的形成歷史。不過要完全了解火星,我們需要了解最早和最具能量的碰撞在其演化和組成中所起的作用,你說呢?