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小行星系川芳龄几许?“隼鸟”给出答案

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2018-09-14 09:16 科技日报

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  近地行星的起源和演化过程,是一个令科学家着迷的问题。日前,日本大阪大学研究团队在《科学报道》上发表论文称,他们通过分析“隼鸟”号探测器取回的样本,精确得出小行星系川的年龄。

  他们的研究表明,系川的母体形成于距今46亿年左右,也就是在太阳系诞生之初。大约在15亿年前,系川的母体和另一颗小行星发生剧烈撞击后被摧毁,其部分残骸形成了目前所看到的系川。

  外形像土豆的系川“身世”曲折,而去探访系川的“隼鸟”号也是一路坎坷。2003年踏上旅程的“隼鸟”,没多久就遭遇了一次超强太阳黑子爆发,折损了部分太阳能帆板。即将抵达系川时,“隼鸟”姿态控制出现问题,蹒跚着勉强着陆。

  一度与地球失联的“隼鸟”号,在取样和返回过程中也是状况频出。万幸的是,2010年,“隼鸟”号返回舱安全着陆在预定的澳大利亚沙漠中,带回了来自小行星的“馈赠”——系川上的尘埃颗粒。

  样本回收后,还要排除其受到地面的污染的可能,确认它们都来自系川。此前,科学家的预想是能采集到较大的岩石颗粒,以便分析检测。而事实上,采集到的样本颗粒都非常小,给检测手段和方法出了不小的难题。“因此,科学家花了很长的时间,直到最近才给出系川的年龄。”中科院国家天文台研究员平劲松在接受科技日报记者采访时说道。

  面对直径仅为50微米的颗粒样本,科学家们如何测出其年龄呢?平劲松介绍,科学家采用的是地质学上常用的同位素测年法,即利用放射性元素核衰变规律测定地质体年龄。

  当含有放射性同位素的物质形成后,与周围环境隔绝的放射性同位素会不断地衰变减少,衰变产生的稳定同位素在该物体中相应积累。通过准确地测定这两者在物体中的含量,根据放射性衰变定律可计算出物体年龄。

  对此,香港大学地球科学系博士后张晓佳进一步解释道,假设小行星是个封闭的系统,各处衰变前和衰变后的同位素之间应该满足一定的线性关系,通过测定若干地点的元素比值,可以拟合出一条直线,通过这条直线的斜率可以推算出小行星的年龄。

  “通常是用质谱仪来测定元素的比值,为了提高准确性,会用两组半衰期不同的同位素来互相印证。针对系川的样本,科学家采用铀-235与铅-207以及铀-238与铅-206这两组同位素来测定年龄。”张晓佳说道。

  最新的这项研究,对于研究小行星起源和太阳系形成有什么帮助?在张晓佳看来,这项研究的结果对采集到的第一批小行星样本的形成时间尺度给出了限制,为已知轨道信息的近地小行星的演化提供了具体的年龄限制,有助于研究这些小行星的形成和演化历史。

  小行星和地球的形成源于同一批原初物质,地球在长期地质活动的影响下已经很难找到远古时期的物质。小行星则不同。一个典型小行星的表面平均温度为零下73摄氏度,它们在几十亿年间的大部分时间内没什么变化,如同时间胶囊一般将古老时期的物质保存了起来。

  因此,人们期待通过对小行星的研究,了解更多早期太阳系形成时期的情形。继“隼鸟”号后,“隼鸟2号”接过了赴小行星取样的接力棒。距离地球约2亿公里的C型小行星龙宫是“隼鸟2号”的目的地。日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的官员日前表示,“隼鸟2号”现已成功抵达距离小行星龙宫12英里处的观测位置,在接下来的一年半时间里,它将尝试3次短暂的接触着落,收集小行星样本。(记者 唐 婷)

 
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