广岛放射性尘埃可能让我们一睹早期太阳系的风采

被称为广岛石的玻璃碎片可能是通过类似于形成太阳和行星的过程形成的。

研究诞生太阳和行星的气体和尘埃云的条件是相当困难的。我们所掌握的少量信息常常被锁在 45 亿年前太阳系诞生时形成的古代材料中。这些材料看起来与地球上的任何材料都没什么区别——除了一些潜在的例外。

在《地球与行星科学快报》上发表的一项新研究中，研究人员发现，二战期间摧毁日本广岛市的原子火球所产生的微小玻璃球看起来与地球上形成的大多数材料不同。它们形成的超热环境可能与形成太阳的太阳星云有一些相似之处。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的宇宙化学家格雷格·布伦内卡 (Greg Brennecka) 表示：“我们不一定能够大量接触这些极端条件，而使用这样的样本是了解早期太阳系中存在的条件的一种有趣方式。”谁没有参与这项研究。

灾难性的火球

1945 年 8 月 6 日，一架美国 B-29 超级堡垒在广岛上空投下了一枚原子弹。当这枚 16 公斤重的炸弹在城市上空半公里处爆炸时，产生了一个直径 260 米（850 英尺）的火球，温度高达 6,000°C（10,832°F）以上。爆炸摧毁了这座城市的大部分地区，多达14万居民直接丧生。

来自城市本身的材料，包括玻璃、混凝土和金属，在炸弹产生的过热等离子体中被汽化并与太田河中的空气和水混合。随着火球迅速冷却，这些材料形成的液滴开始像雨点一样落下。 80 多年后，研究人员在广岛湾的海滩上首次发现了这些碎片的证据，这些碎片以玻璃碎片的形式存在，他们将其命名为“广岛碎片”。

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为了更好地了解玻璃是如何形成的，宇宙化学家兼博士 Nathan Asset 进行了研究。巴黎地球物理研究所的学生和他的同事使用 X 射线光谱仪、电子显微探针和质谱仪研究了 20 种广岛铁矿的化学成分、形状和同位素组成。

阿斯特说，研究人员最值得注意的是，与地球上常见的材料相比，玻璃中硅和氧的同位素比率看起来有多么不同。事实上，唯一具有类似同位素混合物的其他材料是在一种称为球粒陨石的陨石中发现的小玻璃状碎片。这些碎片被称为富含钙铝的内含物（CAI）和变形橄榄石聚集体，被认为是在形成太阳和行星的热气体云中形成的。

“因为它们是第一个固体，所以它们代表了太阳系的第一张快照，”布伦内卡在谈到这些碎片时说道。 “从那时起它们确实没有改变，所以你已经锁定了四年五亿年的时间。”

这些陨石内含物可以帮助显示太阳和行星形成的速度以及太阳星云演化的时间点。它们还含有太阳系早期存在的元素和同位素，可以揭示有关正在发生的化学反应的信息。

读取同位素线索

阿斯特说，这是一个迹象，表明广岛人是在分离同位素或分馏同位素的条件下形成的，而不考虑其个体质量。

“地球和太阳系中的几乎所有过程都表现出与质量相关的分馏，”他说。另一方面，与质量无关的分馏“在我们的太阳系中相当罕见，因为你需要真正特定的过程来创造它。”

在陨石中发现的 CAI 是已知的与质量无关的分馏的唯一其他自然例子之一。长期以来，科学家们一直在争论它们为什么会这样形成，一种理论认为，太阳系早期附近的一颗超新星影响了所发现的同位素的混合物。另一个想法是太阳星云中独特的化学反应造成了独特的同位素特征。

阿斯特说，对广岛人的分析表明可能是后者。他和他的同事认为，玻璃和 CAI 之间的相似之处表明，在原子爆炸和太阳系形成过程中发生了相同的化学反应。

这并不是说广岛爆炸重现了太阳系诞生时的条件。尽管两者都涉及高温和一些相同的元素，但广岛爆炸发生在地球大气层中，而不是在太空真空中，并且涉及更高的压力。尽管如此，阿斯特说，这两起事件可能有足够的相似之处，使得相同的化学反应成为可能。

加州大学伯克利分校的矿物学家汉斯-鲁道夫·温克 (Hans-Rudolf Wenk) 是广岛矿原始论文的作者之一，但并未参与这项新研究。他表示，他对玻璃成分的更多见解很感兴趣，但还不确定它们是否可以与球粒陨石中的 CAI 进行比较。 Wenk 表示，为此，直接将 CAI 与广岛居民进行比较的更多数据将会有所帮助。

这些数据可能即将到来。阿斯特和他的合著者目前正在实验室进行实验，试图重现这些条件并进一步测试他们的理论。

本文最初发表于Eos.org。阅读原始文章。