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        星際塵埃礦物學(xué)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展

        2016-06-06 14:47:30羅禹
        北極光 2016年4期
        關(guān)鍵詞:研究

        羅禹

        摘 要:由于星際塵埃的廣泛存在和其在恒星與行星系統(tǒng)的形成、星系以及整個宇宙演化中的重要作用,星際塵埃的研究成為當(dāng)今天體物理領(lǐng)域的熱點前沿課題。該文從塵埃與電磁場相互作用的觀測證據(jù)出發(fā),系統(tǒng)地介紹了星際消光(包括吸收和散射)、星際紅外輻射、星際偏振等的研究現(xiàn)狀,討論了星際元素減損,以及行星際塵埃和隕石中的前太陽塵埃等問題。從相應(yīng)的觀測證據(jù)中,可以得到關(guān)于星際塵埃的豐度、化學(xué)組成、尺寸和形狀的信息。該文還對當(dāng)前星際礦物學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行概要性總結(jié)。

        關(guān)鏈詞:天體物理學(xué);星際塵埃;礦物學(xué);綜述

        塵埃礦物學(xué)與天體化學(xué)作為一門基礎(chǔ)性學(xué)科,在近十年迎來了一個最好的發(fā)展時期。一個關(guān)鍵的因素是我國在2004年啟動了月球探測的嫦娥工程。通過成功發(fā)射嫦娥一號、二號繞月衛(wèi)星,我國已完成了無人月球探測“繞、落、回”的第一步聚,并取得一系列重大成果。根據(jù)嫦娥工程的總體計劃,我國將在2013年實現(xiàn)月球表面的軟著陸,在2017年實現(xiàn)月球樣品的采集并返回。與此同時,我國還將開展對火星、金星、小行星等太陽系小天體的深空探測。塵埃是大自然饋贈的來自月球、火星、小行星等天體的巖石樣品,為我國月球等深空探測科學(xué)目標(biāo)的制定和科學(xué)成果的實現(xiàn)提供了極為重要的研究對象。塵埃礦物學(xué)和天體化學(xué)的發(fā)展一方面是我國深空探測的戰(zhàn)略需求,另一方面深空探測的實施極大地促進(jìn)了該學(xué)科的發(fā)展。

        本文試圖總結(jié)我國近十年來在塵埃礦物學(xué)與天體化學(xué)領(lǐng)域所取得的主要成果,并簡要介紹國際上的一些重大進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上,對未來的研究提出一些思路和建議,以供參考思路和建議。

        一、太陽系外物質(zhì)研究

        隕石中的太陽系外物質(zhì)是太陽系形成之前,由超新星、新星、紅巨星以及漸近線巨星等各種恒星的噴出物凝聚形成的產(chǎn)物,是太陽星云殘留的原始塵埃顆粒,具有與太陽系物質(zhì)完全不同的同位素組成。自1987年在隕石中發(fā)現(xiàn)了太陽系外成因的納米金剛石以來,不同類型的太陽系外顆粒陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),包括碳化硅、石墨、剛玉、氮化硅、尖晶石和黑復(fù)鋁石、以及硅酸鹽等。這些太陽系外物質(zhì)具有一種或多種元素的同位素異常,反映了不同恒星或恒星內(nèi)部不同圈層的核合成過程。

        太陽系外顆粒的發(fā)現(xiàn)主要有三種途徑:①將隕石的大部分物質(zhì)酸溶后從很少的殘留顆粒中尋找;②將隕石基質(zhì)物理分選后,從特定粒級或比重的樣品中尋找;③直接在隕石樣品上原位進(jìn)行同位素掃描。太陽系外物質(zhì)的含量很低,因此需要采取有效的預(yù)富集處理,其中最有效的途徑是化學(xué)溶樣。用酸將隕石的大部分物質(zhì)溶解掉,得到很少的酸不溶物,從而極大地富集了酸不溶的太陽系外物質(zhì)的含量,包括金剛石、碳化硅、石墨、氮化硅、剛玉等。但是,采用這種方法顯然不能發(fā)現(xiàn)硅酸鹽等可被酸溶的太陽系外物質(zhì)。

        二、滅絕核素的研究

        隕石中滅絕核素的研究一直是天體化學(xué)的前沿領(lǐng)域,主要的科學(xué)問題包括:①更多滅絕核素的存在;②滅絕核素初始比值的精確值;③滅絕核素在太陽星云中的空間分布;④滅絕核素的成因。

        三、展望

        我國月球探測三期將在2017年采集月球樣品并返回,這些月球樣品將集中體現(xiàn)我國月球探測第一階段,即無人月球探測工程的最高成果。因此,月球返回樣品的科學(xué)研究不僅是隕石學(xué)與天體化學(xué)領(lǐng)域科研人員的歷史使命,也是一個極為難得的機遇。為了確保月球樣品返回后,第一時間獲得重要的科學(xué)成果,在未來的5年內(nèi)需要開展二方面的工作:一方面是月球樣品關(guān)鍵分析技術(shù)的預(yù)先研究,包括微區(qū)、微量分析技術(shù)、以及同位素高精度分析。針對月球科學(xué)問題和樣品特性,通過技術(shù)攻關(guān),將現(xiàn)有的實驗分析技術(shù)在空間分辨能力和分析精度等方面提高到一個新的水平,并建立一些新的分析技術(shù)(如樣品表面注入的太陽風(fēng)組成分析);另一方面是以月球隕石為主要研究對象,結(jié)合我國月球探測“繞、落”階段所獲得的全球和區(qū)域形貌、物質(zhì)組成等信息,以獲得對月球形成和演化關(guān)鍵問題的新認(rèn)識,并為我國返回月球樣品的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。我國的深空探測才起步,在完成無人月球探測的“繞、落、回”三步曲之后,未來還將進(jìn)行載人登月、并在月球上建立永久基地。與此同時,我國還將有序開展對火星、金星、小行星和彗星、以及太陽系其他天體

        參考文獻(xiàn):

        [1]Charette, M. P., McCord, T. B., Pieters, C.; and Adams, J. B., Application ofremote spectral reflectance measurements to lunar geology classification and determination of titanium content of lunar soils, Journal of Geophysical Research, 79,1605-1613, 1974.

        [2]Blewett, D.T., Lucey, P.G., and Hawke, B.R., Clementine images of the lunar sample-return stations: Refinement of Fe0 and Ti02 mapping techniques 1997,Journal of Geophysical Research, 102, 16319-16325, 1997.

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