中国新闻周刊："星尘号"，讲述太阳系的前世今生
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2007年01月22日 14:12
虽然没有办法精准地回放，但我们现在可以大致描述太阳系发展的一种可能历程了，
尽管有关其最外缘部分的形成机制尚有存疑
经过近一整年的期待，备受全球天文学界注目的“星尘”项目初步成果终于面世。
2006年年底，来自天文学界几个分支领域的7篇重要论文在美国《科学》杂志发表，为我
们分析解读了从太阳系寒冷边缘带来的部分信息。
“星尘号”飞船1999年2月7日发射，经历了45亿公里的太空飞行后，于2004年1月与
彗星“维尔特二号”近距离交会，并采集了彗星尘埃样本。2006年1月15日凌晨，飞船返
回舱成功降落在美国犹他州的沙漠中。
彗星来自太阳系的边缘柯伊伯带，由于极端的低温而处于比较好的“封存”状态，被
认为是研究太阳系原始情况的最好介质。“维尔特二号”彗星是瑞士天文学家保罗·维尔
特1978年首次发现的。选择这颗彗星作为研究对象，最重要的原因是它迄今仅围绕太阳飞
行过5圈，绝大部分原始尘埃和气体保存完好。
一个重要的“意外”
“‘星尘’任务首次从彗星‘维尔特二号’上带回地球的样品给了人们一个意外。”
研究人员在论文中说，他们发现从彗星带回来的不是期待中的太空材料——主要由轻元素
组成的星际尘埃，而是有极为不同来源的矿物质的混合物。
“丰富的硅酸盐颗粒似乎是在太阳星云内部区域形成的高温矿物质。这些颗粒在彗星
上的出现表明太阳系表现出巨大尺度上的混合。这些发现将影响彗星发源和形成行星的碎
石盘的化学模型。”
实际上，早在2006年3月13日，美国宇航局(NASA)“星尘”项目科学家就在最初有关
“星尘”项目的报告说，他们在彗星“维尔特二号”的尘埃粒子中发现了只有在高温下才
能生成的物质。这种物质就是橄榄石，即硅酸镁和硅酸铁组成的晶体。由于这是一种在极
高温度下才会形成的晶体，地球上一般在火山岩中才能发现，而科学家们在遥远、寒冷的
彗星上发现了它的存在，出人意料。除橄榄石之外，他们还发现了含有钙、铝、钛等金属
元素的晶体，也只能在高温下生成。
“这是我们没有预想到的，它将会改变彗星与行星起源的模式和理论。”NASA 约翰
逊航天中心撞击实验室负责人、空间科学家霍兹(Friedrich Horz)教授告诉本刊。
早先人们猜测，组成彗星的主要物质应该是甲烷等由轻元素构成的化合物，固态水、
甲烷等物质使得彗星成了一个“脏雪球”——同样著名的“深度撞击”项目为这种理论提
供了一些证据。“因此这表明并非所有彗星都是一样的，为了了解它们，我们需要考察尽
可能多的彗星，以了解我们太阳系的早期历史。” 霍兹说。
“意外”来自太阳系前身？
“但在我看来，彗星中含有这些重元素物质，以及含有金属成分，并不让人感到意外
。”中国科学院国家天文台研究员李竞对本刊表示了另一种看法。他的解释是：这些“出
人意料”的物质，尤其是金属物质，应该来自于太阳系的“前身”。
按照李竞的描述，科学界早就认为，太阳系并非宇宙大爆炸之后形成的第一代恒星，
而是经历了“轮回”之后的第二、甚至第三代恒星。如果是第一代恒星，它一开始的组成
物质理论上就基本上是氢和氦，不可能存在金属等其他重元素。但第一代恒星在燃烧过程
中，就逐渐产生了比氦更重的元素，在它爆炸死亡(这个过程即超新星爆发)后，抛射出的
物质形成了星云，当这些星云聚集而形成第二代恒星时，其中也就自然含有了第一代恒星
留下的重元素。
也就是说，“维尔特二号”中的金属物质正与科学界目前的太阳系形成理论相吻合。
然而事情并不这么简单。这些重元素究竟是由太阳系的前身留下，还是在太阳系形成
之后出现，科学家目前是有办法测试的。这种方法就是同位素分析。
恒星以迥然不同的同位素成分比例将比锂元素重的各种元素合成，除了一些罕见的例
外情况，这些元素的同位素成分比例在内太阳系物质中是很均匀的，而且人们都认为这种
均质就发生在原地，在太阳系内部。星尘号的同位素数据揭示了少量同位素反常颗粒——
它们来自太阳系前身，而其中大多数颗粒同位素与内太阳系物质的区别不大。由此推测，
“维尔特二号”中的岩石主要是太阳系“自产”的岩石。
“现在看来无可避免，在太阳系形成过程中，太阳附近形成的物质与‘柯伊伯’带混
合，在那里与一些物体结合，最终形成了彗星。”NASA 航天中心的宇宙矿物学家左棱斯
凯(Michael Zolensky)告诉本刊。
太阳系的历程
尽管没有办法精准地回放，但我们现在可以大概描述太阳系发展的一种可能历程了：
50多亿年前，一颗大约有20倍于太阳质量的恒星——被称为“前太阳系”——走到了
生命的尽头，在炫目的光辉中，它爆炸死亡。超新星爆发喷射出了它的大多数物质，约有
15倍太阳的质量。它剩余的大约5倍质量的物质最终坍缩成为了一个黑洞。
“前太阳系”抛射出的这些物质形成了一个巨大的星云，其中的一部分，由于相互的
引力作用而相互旋转着聚集，成为了一个巨大的盘状物，圆盘的中间部分最终聚集成一团
，并重新开始发生热核聚变，开始发光，这就是我们的太阳。
而这个圆盘中间往外的各部分最终也聚集成团，形成地球、木星等行星，以及外层的
“柯伊伯”带——这里面包含着彗星。
由于太阳风亿万年的作用，最内层的行星——水星、金星、地球和火星，它们原本也
大量含有的轻元素被“吹走”了，而外层行星——木星、土星、天王星和海王星，则保留
了与太阳相接近的成分，成为气体行星。
现在剩下了一个麻烦，就是太阳附近的物质是如何与“柯伊伯”带混合，并在那里与
一些星际物质结合而形成彗星的。
“‘维尔特二号’彗星并不只是一个前太阳系颗粒(星尘)的集合。彗星的形成过程不
能独立于太阳星云的其他部分，而且大约10%的太阳星云盘面进行着里外翻转。”华盛顿
大学天文系教授、星尘号任务研究负责人布朗利(Don Brownlee)为本刊做了一种描述，“
我们现在确定早期太阳星云(太阳与行星形成的这个碟状星云)中存在着气流，它携带尘埃
向内(朝向早期太阳)和向外(朝向‘柯伊伯’带)运动。这个理念早就有人提出，但是并未
被广泛接受。”
但左棱斯凯说，这种混合的过程还是一种猜测，缺乏可以观察的证据。
不过，人们应该可以相信科学家将在未来回答这个问题。因为现在科学家仅仅发表了
所有带回样本中小于10%的微粒的初步研究结果。“这次初步研究背后的理念是，评估所
搜集物质的价值潜力，以及未来行动的进程究竟如何。对于剩下90%的物质的分析计划将
在未来许多年里完成，而且将是现在这些已有的、以‘太阳系探索’为主题的项目的一个
部分。”霍兹教授介绍说。
“现在要做的是对于样本的详细研究，比如，考察彗星上的有机物、样本的年龄、以
及继续寻找前太阳颗粒。这些工作将花去很多年时间，至少几十年。”左棱斯凯告诉本刊
。
霍兹最后对本刊强调，“记住：阿波罗计划完成于1972年，但是我们至今仍在调查和
研究月球岩石，这离它的最后一次任务已经过去35年了！我们期待对‘星尘号’样本持续
多年的研究，并从中得到新的发现。”
(来源:中国新闻周刊 文/弓心)
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