“星尘号”集齐7颗星际尘埃微粒
2014-08-15 19:53果壳网 guokr.com
“星尘号”探测器带回地球的，不只有彗星尘埃颗粒，还可能有来自太阳系外的星际尘埃微粒。图片来源：维基百科
对美国航空航天局“星尘号”探测器采集回来的部分宇宙尘埃样本所做的初步分析表明，这些细微的颗粒有可能起源于太阳系外，它们的成分和结构之复杂都超出了此前的预料。这项研究发表在8月15日出版的《科学》杂志上，开启了一扇研究太阳系起源甚至生命本身起源的大门。
“从根本上说，太阳系和太阳系内的一切都源自于一团星际气体和尘埃云，”论文的第一作者、美国加利福尼亚大学伯克利分校空间科学实验室的物理学家安德鲁·韦斯特法尔（AndrewWestphal）说，“我们正在研究的物质，就非常类似于当初形成我们太阳系的物质。”
韦斯特法尔及其61位合作者，发现并分析了总共7颗可能的星际尘埃微粒，并且发表了他们的初步研究结果。所有这些分析都是非破坏性的，意味着它保存了这些微粒结构和化学性质的完整。韦斯特法尔表示，尽管这些样本据推测应该来自于太阳系以外，但后续还必须进行更多的检验才有可能确定它们的起源，而那些检验最终会破坏其中一部分微粒。
“尽管已经完成了这么多项分析研究，我们其实已经在刻意限制所用的分析手段了，”韦斯特法尔解释说，“这些微料都太珍贵了。我们必须要非常慎重地思考我们要拿每一颗微粒做些什么。”
2000年到2002年间，“星尘号”探测器在前往它的探测目标——怀尔德2号彗星的途中，曾将特制的样品采集器暴露来自我们太阳系外的尘埃流之中。“星尘号”任务的目标，便是捕捉来自这颗彗星的彗发的尘埃，以及来自星际尘埃流的微粒。当两项任务都完成之后，“星尘号”将它的样品舱送回了地球，最终在2006年1月15日着陆在了美国盐湖城以西约130千米的犹他州测试训练场。近年来，对彗星尘埃样本的分析已经全面发表，这项任务的彗星部分可以说已经大获成功了。
此次发表的研究，则是科学家首次对前往彗星途中采集的微粒所做的分析。两种类型的尘埃微粒都是由“星尘号”探测器上类似网球拍形状的样本采集盘采集的。这些采集盘由被称为气凝胶的超轻材料构成，每一小块气凝胶嵌板之间则用铝箔区隔。3颗太空尘埃颗粒（仅有彗星尘埃大小的十分之一），不是被卡在气凝胶中，就是直接在其中气化了，而另外4颗微粒则在铝箔上砸出了凹痕，剩下的边缘残留物元素构成与星际尘埃颗粒的描述相符。
这些微粒的大小甚至还不到地球上一颗沙粒大小的千分之一，对如此细小的尘埃颗粒进行操作和分析，有赖于专门为此而开发出来的新颖方法和技术。另有12篇介绍这些方法的论文将在未来一周内陆续发表在《陨石学与行星科学》（Meteoritics & Planetary Science）杂志上。
这项研究的第一作者韦斯特法尔介绍说，“星尘号”气凝胶采集器中发现的最大一颗星际尘埃微粒留下了一条长达35微米的孔洞。这个孔洞是由一粒3皮克（10 －12 克）的尘埃微粒撞击而成的，微粒本身因为速度太快而直接气化了。另外两颗疑似星际尘埃颗粒速度较慢，被完好无损地滞留在了气凝胶中。图片来源：加利福尼亚大学伯克利分校。
这项研究的第一步，是要在气凝胶中找到这些微粒。通过将相机对焦到不同深度，这些气凝胶嵌板实际上被拍摄成了无数细小的“切片”，由此得到了上百万张照片，最终被编辑在一起制成了无数段视频。通过一项名为Stardust@home的众包科学项目，来自世界各地的志愿者仔细审视这些视频，从中标示出他们认为可能由星际尘埃穿过而产生的轨迹。目前，他们已经发现了100多条轨迹，但并非所有轨迹都已经得到分析。此外，在132块气凝胶嵌板中，只有77块被扫描成了“切片”。不过，韦斯特法尔估计，其中能够找到的星际尘埃微料最多不过十几颗。
韦斯特法尔说：“在此之前，我们对星际尘埃所知的几乎一切，都来源于天文观测——不是地面望远镜的观测，就是空间望远镜的观测。”但是望远镜没有办法告诉你星际尘埃会有多么花样百出。“对'星尘号’捕获的这些颗粒所作的分析，首次向我们展示了星际尘埃的复杂性，让我们吃惊的是，每一颗微粒彼此之间都极为不同。”
这些科学家在气凝胶中发现的两颗较大的尘埃颗粒具有某种蓬松的成分，就好像雪花一样。有关星际尘埃颗粒的模型指出，星际尘埃应该是单片致密的微粒才对，因此蓬松的微粒完全出乎了这些科学家的预料。这两颗微粒中还含有被称为橄榄石的结晶物质，由镁、铁和硅构成，表明这两颗微粒来自于其他恒星的尘埃盘，并且受到过星际介质的改造。
在铝箔中发现的4颗微粒中，有3颗也相当复杂，含有硫化物，这是天文学家认为应该在星际尘埃颗粒中出现的东西。对更多嵌入铝箔的微粒进行分析，或许有助于解释这一矛盾。
韦斯特法尔说，他们的团队会继续寻找更多轨迹，并且会对已有的微粒进行下一步分析。“最首要的目标是要测量三种稳定氧同位素的相对含量。”这种同位素分析有助于确认这些尘埃源自太阳系外，但分析过程会破坏珍贵的样品。与此同时，韦斯特法尔说，他们团队正在人造的尘埃颗粒上熟悉同位素分析技术的操作。“我们必须要非常小心，”他说，“我们在仿制品上做了大量的工作，练习，练习，再练习。”（编辑：Steed）
编译自：伯克利实验室官网，Mysteries of Space Dust Revealed
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