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天文学家估计太阳星云有3至4百万年

发布:2018-05-15      点击:2

em通过研究古代陨石中的剩磁,天文学家已经确定太阳星云 - 最终产生太阳系的广阔的天然气和尘埃盘 - 持续约3-4百万年。 / em ;

大约46亿年前,巨大的氢气和尘埃云在自身重量下坍塌,最终变成一个称为太阳星云的光盘。这些星际物质大多收缩在圆盘的中心形成太阳,太阳星云的剩余气体和尘埃的一部分凝结形成行星和我们太阳系的其余部分。

现在,麻省理工学院的科学家和他们的同事们估计了太阳星云的寿命 - 这是太阳系大部分演化形成的关键阶段。

这个新的估计表明,木星和土星的天然气巨头必须在太阳系形成的头四百万年内形成。此外,他们此时必须完成其轨道位置的气驱动。

“在太阳系历史开始时就发生了很多事情,”麻省理工学院地球,大气和行星科学教授本杰明韦斯说。 “当然,行星在此之后会发展,但太阳系的大规模结构基本上建立在头四百万年。”

Weiss和MIT postdoc本研究的第一作者Huapei Wang今天在“科学与科学”杂志上报告了他们的研究成果。他们的合着者是MIT的Brynna Downey,Clement Suavet和Roger Fu;哈佛 - 史密松天体物理中心的白学宁;布鲁克海文国家实验室的王军和王家军;和里约热内卢国家博物馆的Maria Zucolotto。

壮观的录音机

通过研究形成于465.3亿年前的古代陨石原始样品的磁性取向,该团队确定太阳星云持续约3-4百万年。这比以前的估计数字更精确,因为它将太阳星云的寿命定在1至1000万年之间。

该团队在仔细分析了一些最古老,最原始的行星岩石之后,得出了结论。角陨石是火成岩,其中许多被认为在太阳系历史的早期就已经喷射到小行星表面,然后迅速冷却,冻结它们原有的特性 - 包括它们的组成和古地磁信号 - 到位。

科学家认为,亚热带地区是早期太阳系特殊的记录,尤其是岩石中含有大量的铀,可以用来精确地确定它们的年龄。

“Angrites真的很壮观,”Weiss说。 “他们中的许多人看起来像是在夏威夷爆发的事情,但他们很早就开始冷静下来了。”

Weiss和他的同事们分析了在不同地点和时间落在地球上的四个斑点。

Weiss说:“阿根廷人倒下了,当一名农场工人耕种田地时发现了这种情况。” “它看起来像是一个印度的神器或碗,而地主在这间房子里保存了大约20年,直到他终于决定分析它,结果是非常罕见的陨石。”

另外三颗陨石是在巴西,南极洲和撒哈拉沙漠中发现的。所有四颗陨石都保存得非常好,从最初形成以来没有经历额外的加热或主要成分变化。

测量细小的罗盘

该团队从所有四颗陨石中获得了样品。通过测量每个样品中铀与铅的比例,以前的研究已经确定三个最古老的大约在46.53亿年前形成。研究人员然后在麻省理工学院古虚磁学实验室使用精密磁力仪测量岩石的残余磁化强度。

Weiss解释说:“电子是小罗盘针,如果你将它们中的一束放在岩石中,岩石就会被磁化。” “一旦它们对齐,当一块岩石在磁场中冷却时会发生这种情况,那么它们将保持这种状态。这就是我们用作古代磁场的记录。“

当他们将亚铁盐放入磁强计时,研究人员观察到极少的残余磁化强度,表明形成亚砷酸盐时磁场非常小。

该团队进一步尝试重建可能产生岩石对准或缺乏的磁场。为此,他们将样品加热,然后在实验室控制的磁场中再次冷却样品。

Weiss说:“我们可以不断降低实验室的面积并重现样品中的含量。 “我们发现只有非常薄弱的​​实验室才被允许使用,因为这三个角晶体中剩余磁化强度很小。”

具体而言,研究小组发现,这些斑铜矿的残余磁化可能是由极微弱的磁场产生的,磁场强度不超过0.6 microteslas,46.53亿年前,或者在太阳系开始大约400万年后。

2014年,Weiss小组分析了在太阳系最初的2至3百万年内形成的其他古代陨石,发现磁场强度约为10-50倍 - 约为5-50微特斯拉。

“据预测,一旦内部太阳系的磁场下降了10-100倍,我们现在已经显示,在10万年内,太阳星云很快就会消失,”魏斯说。 “所以即使太阳星云没有消失4百万年,它基本上已经出路了。”

行星对齐

研究人员的新估计比之前的估算精确得多,这些估算基于对遥远恒星的观测。

“更重要的是,这些古土星的古地磁体约束了我们自己的太阳星云的寿命,而天文观测显然可以测量其他遥远的太阳系,”王补充道。 “由于太阳星云寿命严重影响木星和土星的最终位置,因此它也会影响地球,我们的家园以及其他陆地行星的形成。”

现在科学家们对太阳星云持续了多久有了更好的认识,他们也可以缩小木星和土星等巨大行星的形成范围。巨大的行星主要由气体和冰组成,关于这些物质如何作为一颗行星汇聚在一起,有两个普遍的假设。一个人认为巨大的行星是由凝露气体的重力崩溃形成的,就像太阳一样。另一个则表明它们出现在一个两阶段的过程中,这个过程称为核心堆积,其中一些物质被粉碎并融合在一起形成更大的岩石结冰体。一旦这些物体足够大,它们就可能产生吸引巨量天然气的重力,最终形成一个巨大的行星。

根据之前的预测,通过气体引力坍塌形成的巨型行星应在10万年内完成其总体形成。相比之下,核心增长通常被认为需要更长的时间,大约1到数百万年。韦斯说,如果太阳系星云在太阳系形成的前400万年左右,这将为核心增长情景提供支持,这在科学家普遍喜欢。

“气体巨人必须在太阳系形成之后四百万年形成,”韦斯说。 “行星在整个地方移动,进出大范围,所有这些动作被认为是由天然气引力驱动的。我们说这一切都发生在头四百万年。“

这项研究部分由NASA和Thomas J. Peterson,Jr.提供的慷慨捐赠予以支持。

出版物:Huapei Wang等人,“受陨石古地磁约束的太阳星云的寿命”Science 2017年2月10日:Vol。 355,第6325期,第623-627页; DOI:10.1126 / science.aaf5043

资料来源:麻省理工学院新闻社Jennifer Chu