隕石裡的秘密

球粒隕石是太陽系最古老的岩石，藉由顯微影像所揭露的細節，我們得以窺視行星形成前的太陽系。



重點提要
■球粒隕石的組成物質和形成行星、衛星、小行星和彗星的來源相同。每個類型的球粒隕石群組各有其獨特的質地，以及成份特徵。
■根據這些特性，作者和其他科學家大致推斷出各類球粒隕石的形成位置，以及在這些不同區域的相對塵埃豐度。
■塵埃的分佈情形，類似於許多金牛座T型星周遭所環繞著、由塵埃和氣體組成的原行星盤。這類恆星是年輕版的太陽，年齡約100~200萬歲。這樣的相似度說明了，我們可以藉由金牛座T型星的系統，來深入探究太陽系早期階段的太陽和盤面。

我同情天文學家。無論是藉由電腦螢幕上的影像，或是冷冰冰的光譜儀處理過的光波，都只能遠遠地觀察他們所熱愛的恆星、星系和類星體。而我們這些研究行星與小行星的，卻常常可以親手撫觸心愛的天體，探索它們最深層的秘密。大學時我主修天文學，曾經在許多個寒冷的夜晚，透過望遠鏡觀看星團和星雲，所以我可以作證：手上拿著小行星的碎片能在情感上獲得更大的慰藉，讓我們與看似遙遠抽象的一切有了真實的連結。

最吸引我的小行星碎片是球粒隕石，自太空墜落的隕石中有超過80%屬於此類，命名緣由是因為內部含有球粒，也就是曾經熔融的物質所形成的小珠，通常比米粒還小，這種隕石在太陽系早期、小行星成形前就已存在。在顯微鏡下觀察球粒隕石的薄片，看來是如此美麗，絲毫不遜色於康丁斯基（Wassily Kandinsky）等抽象藝術家的創作。

球粒隕石是科學家所碰觸過最古老的岩石。放射性定年結果可追溯超過45億年前，那時行星還未形成，太陽系還只是一團處處充滿擾動、由氣體與塵埃構成的旋轉圓盤，天文學家稱為太陽星雲。球粒隕石的年齡與成份顯示，它們與行星、衛星、小行星和彗星一樣，都形成自太陽系的初始物質。大多數研究人員相信，球粒的形成，是因為高能量使富含矽的塵埃團塊熔化成許多液滴，這些液滴迅速凝固並且附著在塵埃、金屬與其他物質上，形成球粒，後來聚集形成小行星，小行星間的高速撞擊使它們碎裂，最後有些殘骸就掉到地球上成為隕石。這些隕石吸引我的並不只是美麗的外觀，而是它們可是太陽系誕生時所留下的化石，可提供探索地球形成時的狀態很重要的線索。

然而就如同人類學家所知，發現化石只是重建歷史的第一步，還必須把來龍去脈交代清楚。不過要推斷不同球粒隕石的來源和誕生環境是有困難的，因為對於這些岩石的詳細構造，我們所掌握的資料少得可憐。我在幾年前針對球粒隕石的物理性質做了一次有系統的全面檢視，填補了許多關鍵性的空缺。根據這些資料，我建立了一個大致的圖像，描述球粒隕石所源自的古老星雲構造。

雖然只是粗略的圖像，但值得注意的是，圖像中的塵埃分佈情形，與某些金牛座T型星（T Tauri）的恆星系統相似。金牛座T型星有不尋常的亮度變化，而且有厚重的大氣籠罩，因此被認為是年輕的恆星（或主序前星），多數有塵埃盤環繞。太陽星雲的塵埃圖像與許多金牛座T型星系統的構造吻合，這項結果支持一個說法，那就是太陽系這類行星系統的前身就是金牛座T型星系統。因此球粒隕石不但讓我們可以深入推測太陽系的過去，也提供了對銀河系其他年輕恆星系統的深入了解。同樣地，當科學家探究這些系統的物理性質時，也會對太陽系的小行星和行星的形成過程有更多了解。

球粒隕石的特性

想要分析球粒隕石來探索太陽系的原始樣貌，行星科學家首先得準確地衡量岩石的屬性。研究人員把球粒隕石分成12個基本類型，根據的特性有：整體的化學組成、混合的同位素（質子數相同但中子數不同的元素）、球粒的大小、數量及類型，以及緊密包覆著球粒與其他物質的塵埃基質多寡。因為每個類型的球粒隕石都有不同的物理、化學與同位素特性，因此一定是來自不同的小行星。為了解釋不同類型的球粒隕石最初是如何形成，研究人員發展出許多富有想像力的模型，其中牽涉到氣體擾動、磁場以及落入星雲中央盤面上的粒子速度等。然而，最後往往得到一個模糊的結論，就是各種球粒隕石是在「不同的情況」下形成的。

因為希望可以更確切掌握到底是什麼樣的不同情況，我從2009年開始埋首大量文獻資料，想要建立一個表格，列出球粒隕石主要類型的必要特性。一旦我手上有這樣的表格，就能找出每種特性之間的相關性，或許能揭示每個類型的歷史。但結果我所建立的表格中有超過一半是空格，看來有興趣蒐集這類資料的研究人員並不多。

【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2013年第133期3月號】