X形風假說
在倫敦自然曆史博物館的地下室裏,存放著一些隕石,它們是那麼的古老,以至於陳列於樓上的恐龍化石與之相比就像在昨天才形成的一樣。我們的故事就是從這些隕石中的一塊開始的,它的名字叫帕納利,於1857 年“出生”在印度。
這塊質量超過70 千克的隕石周身遍布圓形的矽酸鹽晶粒,因此引起了科學家的關注。科學家分析認為,這塊具有46 億年曆史的隕石,可能佐證了一個令人激動的有關行星和小行星形成的新假說。直到不久以前,所有的科學家都還相信,太陽係的形成是一個相對平緩的過程:在環繞形成之初的太陽作軌道運動的物質盤上,塵埃和氣體“靜悄悄”地凝聚到一起,形成了小行星和行星。但是,來自我國台灣的天體物理學家徐遐生對此卻深表懷疑。對最古老的隕石進行的分析使他相信,年輕的太陽係比任何人所預想的都要狂暴躁動,太陽風以數百千米每秒的速度運動,將熾熱的熔岩吹得遠離太陽,這些熔岩後來形成了地球、水星和小行星等。
徐遐生原本並沒有打算挑戰傳統的觀點,他隻是試圖解釋為什麼某些年輕的恒星會從它們的兩極吹出高能的氫。在上個世紀80年代早期,這種“雙極外向流”使天文學家迷惑不解。為了弄明白其中的原因,徐遐生計算了環繞在這些恒星周圍的渦流狀的物質盤是如何與年輕恒星的磁場相互作用的。他發現,劇烈燃燒的恒星加熱了盤中靠裏一側的塵埃和氣體,以至於那些物質中的原子失去電子而形成離子。在恒星磁場的作用下,電離的物質落到恒星上。由於所有的塵埃和氣體都具有巨大的角動量,而根據一條重要的物理定律,一個封閉係統的總的角動量必須守恒,所以當電離物質被吸向內時,其中的一部分則高速向外拋出。
徐遐生的計算還表明事情並非那麼簡單。大規模帶電粒子的流動會產生強磁場,並且足以改變塵埃盤附近的太陽磁場。關鍵的變化是,在物質盤上的某一區域,太陽磁場的磁力線不是穿越了物質盤,而是被壓縮成X 形。當氣體和塵埃在引力的作用下從盤的外部較冷的區域向熾熱的內部運動的時候,這裏的強磁場將它們向外吹開,徐遐生稱之為X 形風。他的這一理論模型可以解釋“雙極外向流”。
隕石球粒之謎
上世紀90 年代中期,X 形風理論獲得了新的生機。當時,徐遐生正在美國馬薩諸塞州參加一個關於恒星形成的研討會。亞利桑納大學的阿爾· 卡梅倫做了一個關於隕星脫離小行星帶飛向地球的報告。對於為什麼像帕納利隕石一樣,絕大多數的隕星都包含有令人迷惑不解的矽酸鹽晶粒,卡梅倫懷疑某種風在起作用。這種矽酸鹽晶粒呈圓形水滴狀,直徑幾乎都在1 毫米左右,被稱作隕石球粒。由於隕石球粒富含鎂和鐵,人們猜測它們聚集形成了石塊,石塊之間繼續相互吸引而合並,形成了更大的石塊,最終,在太陽係中形成了由岩石組成的行星,其中包括地球。
問題是沒有人知道隕石球粒最初是如何形成的。它們肯定來自於圍繞太陽的雲狀物質盤,開始時可能是一些鬆散的塵埃團。隕石球粒的形狀還表明那些塵埃團發生了熔化。科學家懷疑隕石球粒至少需要10 分鍾才能熔化形成。如果熔化時間太短,在隕石球粒中常見的矽晶體就不會形成。然而,熔化時間也不能太長,如果超過1 小時,隕石球粒中將不會有鉀和鈉存在。但是,它們為什麼會熔化?絕大多數的隕星來自於位於火星和木星軌道之間的小行星帶。今天,那裏是一個冰冷的世界,10 億年前那裏比現在也不可能暖和許多。
對於為什麼隕石球粒的直徑都在1 毫米左右,卡梅倫在會議上也提出了疑問。他認為:如果某種風吹著隕石球粒穿越太陽係,輕的顆粒將飄到很遠的地方, 而重的顆粒會留在較近的地方,那麼,被帶到很窄的小行星帶上的隕石球粒很自然就具有了大小相同的特點。在那裏,它們附著在一起形成小行星,並且留在了一個穩定的軌道上。