科学家从小行星挖掘出外太阳系的起源密码

来源：MIT News

来自遥远小行星的微小颗粒正在揭示 46 亿年前塑造太阳系边远区域的磁力线索。

MIT 和其他机构的科学家对来自日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）隼鸟 2 号任务的粒子进行了分析。这些粒子由隼鸟 2 号在 2020 年带回地球。科学家认为，Ryugu 小行星最初在早期太阳系的边缘形成，随后迁移到小行星带，最终稳定在地球与火星之间的轨道上。

研究团队分析了 Ryugu 的颗粒，以寻找该小行星最初形成时可能存在的古代磁场的迹象。结果表明，即使当时存在磁场，其强度也非常弱，最大可能只有约 15 微特斯拉。（相比之下，地球当前的磁场强度约为 50 微特斯拉。）

尽管如此，科学家估算，这种低强度的磁场足以将原始气体和尘埃聚集起来，形成外太阳系的小行星，并可能在从木星到海王星的巨大行星形成过程中发挥作用。

研究团队的成果今天发表在 AGU Advances 期刊上，首次表明外太阳系可能存在一个微弱的磁场。科学家早已知道磁场塑造了包括地球和类地行星在内的内太阳系，但直到现在，外太阳系是否受磁场影响仍然不确定。

“我们的研究显示，目前我们看到的每个区域都有某种磁场作用，将物质带到太阳和行星形成的地方。”研究作者、MIT 地球与行星科学教授 Benjamin Weiss 说，“这一结论现在适用于外太阳系的行星。”

研究的第一作者是 Elias Mansbach（MIT 博士，2024 年），现为剑桥大学的博士后研究员。MIT 的合作者包括 Eduardo Lima、Saverio Cambioni 和 Jodie Ream，此外还有加州理工学院的 Michael Sowell 和 Joseph Kirschvink、哈佛大学的 Roger Fu、清华大学的白学宁、高知先进海洋岩芯研究所的 Chisato Anai 和 Atsuko Kobayashi，以及东京工业大学的 Hironori Hidaka。

遥远的磁场

大约 46 亿年前，太阳系由一团密集的星际气体和尘埃云坍塌形成的盘状物质构成。大部分物质向盘中心聚集形成了太阳，剩余的物质形成了一个旋转的电离气体星云。科学家推测，新形成的太阳与电离盘之间的相互作用产生了一个贯穿星云的磁场，促进了吸积作用，将物质向内拉动，最终形成了行星、小行星和卫星。

“这一星云磁场在太阳系形成约 300 万到 400 万年后消失，我们对它在早期行星形成中的作用感到着迷。”Mansbach 说道。

科学家此前已确定，内太阳系（从太阳到大约 7 天文单位（AU）范围内，即木星所在的区域）存在磁场，强度在 50 到 200 微特斯拉之间，并影响了类地行星的形成。这些磁场的估计基于认为来源于内星云的陨石样本。

“但这个磁场延伸多远，以及它在更远区域的作用仍然不清楚，因为可供研究外太阳系的样本非常少。”Mansbach 解释道。

倒带时间的记录

研究团队通过 Ryugu 的样本首次分析了外太阳系的样本。Ryugu 被认为形成于早期外太阳系（超过 7 AU 的区域），后来进入靠近地球的轨道。2020 年 12 月，隼鸟 2 号任务将 Ryugu 样本送回地球，让科学家首次有机会研究外太阳系早期的遗迹。

研究人员获取了几颗样本颗粒，每颗约 1 毫米大小。他们将这些颗粒放入 Weiss 实验室的磁力计中，测量样本的磁化强度和方向。随后，他们对每个样本逐步施加交变磁场以去磁。

“就像磁带录音机一样，我们正在慢慢倒带样本的磁记录。”Mansbach 解释道，“然后我们寻找一致的趋势，看看它是否在磁场中形成。”

研究发现，这些样本没有显示出保存磁场的明确迹象。这表明，要么外太阳系中没有星云磁场，要么磁场非常弱，以至于无法在小行星颗粒中记录。如果是后者，研究团队估算，该磁场强度不会超过 15 微特斯拉。

研究人员还重新审查了此前研究过的陨石数据，特别是“未分组碳质球粒陨石”，这些陨石被认为具有外太阳系形成的特性。科学家曾估计这些样本不够古老，无法形成于星云磁场消失之前。因此，它们的磁场记录不应反映星云磁场。然而，Mansbach 及其同事进行了更深入的分析。

“我们重新分析了这些样本的年龄，发现它们比之前认为的更接近太阳系形成的起始点。”Mansbach 说，“我们认为这些样本形成于外太阳系区域，其中一个样本确实检测到约 5 微特斯拉的正磁场，这与 15 微特斯拉的上限一致。”

这份更新的样本结合新的 Ryugu 颗粒表明，外太阳系（超过 7 AU）确实存在一个非常弱的磁场，但这一磁场足以从边缘吸引物质，最终形成从木星到海王星的外行星体。

“离太阳越远，一个微弱的磁场影响就越深远。”Weiss 指出，“此前预测表明，在那样的距离磁场不需要太强，这正是我们所观察到的。”

研究团队计划利用其他外太阳系样本（如 NASA 的 OSIRIS-REx 任务在 2023 年 9 月带回地球的小行星 Bennu 样本）寻找更多远星云磁场的证据。

“Bennu和Ryugu非常相似，我们正热切期待这些样本的初步研究结果。”Mansbach 说道。

这项研究部分由 NASA 资助完成。

原文链接：

https://news.mit.edu/2024/asteroid-grains-shed-light-outer-solar-systems-origins-1106