实验室模拟天体碰撞:探秘早期太阳系,距离真实场景还有多远?

Komentari · 19 Pogledi

走进中科院某实验室,一台形似巨型弹弓的撞击实验装置格外引人注目。金属轨道泛着冷冽的光泽,轨道旁堆放着各种形状奇特的岩石样本,部分表面覆盖着明显的熔壳,触摸时能感受到粗糙的质感。当被问及这台装置

  走进中科院某实验室,一台形似巨型弹弓的撞击实验装置格外引人注目。金属轨道泛着冷冽的光泽,轨道旁堆放着各种形状奇特的岩石样本,部分表面覆盖着明显的熔壳,触摸时能感受到粗糙的质感。当被问及这台装置能否还原数十亿年前太阳系的天体碰撞时,研究员并未直接回答,而是邀请参观者观看一场小型模拟实验。

  

  实验中,一块模拟小行星的玄武岩块被固定在装置一端,对面放置着混有铁镍成分的“早期地球”靶材。倒计时结束后,一声闷响传来,靶材表面被砸出一个碗状凹坑,边缘溅射出大量熔融颗粒。这些颗粒落在冷却板上迅速凝固,形成类似玻璃珠的物体。研究员用镊子夹起其中一颗解释道:“这些新形成的矿物成分,与月球某些岩石的成分高度相似。”

  然而,这种模拟与真实太空环境存在显著差异。实验室条件无法完全复现外太空的极端环境——那里没有大气层,温度低至能冻结金属,且天体碰撞速度可达每秒数十公里,而实验装置最多只能模拟每秒几公里的撞击。真实小行星的成分更为复杂,可能包含冰、岩石和金属的混合物,撞击时的反应远比实验室中的单一成分样本复杂。

  在数据监测区,电脑屏幕上跳动着密密麻麻的曲线,记录着压力、温度等参数的变化。研究员指着一条急剧攀升的曲线介绍:“撞击瞬间产生的高压可达数百万个大气压,这种环境下岩石结构会被彻底改变。”这让人联想到纪录片中提到的理论——地球早期可能被一颗火星大小的天体撞击,从而形成了月球。若按实验室数据推算,当时的场景或许更为剧烈,地球表面可能完全熔化为岩浆海洋。

  尽管模拟存在局限性,但研究人员仍在不断改进技术。例如,为模拟不同撞击角度,团队曾花费半个月调整实验装置;某次实验中,他们在碎片中发现了仅几微米的钻石,这是高压环境下特有的产物,与天然钻石的形成条件截然不同。尽管用放大镜难以观察,但通过显微镜仍能看到这些微小的结晶。

  实验室的改进方向包括使用更先进的激光器模拟更高温度和压力,以及尝试冷冻技术保存冰质样本。一台类似冰箱的设备引起注意,其内部温度可降至零下两百多度,专门用于储存冰质模拟样品。研究人员表示,早期太阳系中冰质天体(如彗星)的碰撞会释放大量水和气体,但实验室中模拟冰质天体极为困难——温度稍高就会融化,难以保持原始状态。

  尽管无法完全还原早期太阳系的混乱场景(如同时存在多个天体碰撞、自转和倾斜角度等复杂因素),但这些实验仍为解读月球或小行星带回的岩石样本提供了重要依据。例如,阿波罗任务带回的月岩中存在大量撞击熔融形成的玻璃,其成分与实验室产物高度相似,印证了模拟方向的正确性。

  参观结束时,有人提出疑问:“实验室模拟与真实场景究竟相差多远?未来能否重现月球形成的碰撞?”研究员坦言,当前技术仍存在诸多限制,但通过持续改进设备和方法,或许能在未来更接近真实环境。目前,这些“缩小版”的碰撞实验,已成为探索太阳系起源的重要工具。

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