以慢動作檢查小行星撞擊
作者:焦點 來源:百科 瀏覽: 【大 中 小】 發布時間:2025-12-07 18:05:21 評論數:
大型小行星撞擊會融化地殼中的慢動大量物質（藝術家的印象）。資料來源：NASA，作檢撞擊Don Davis
（神秘的行星地球uux.cn）據美國物理學家組織網（by Friedrich Schiller University of Jena）：研究人員第一次記錄了小行星撞擊中物質的真實和原子細節。耶拿大學的慢動Falko Langenhorst團隊和DESY的Hanns Peter Liermann團隊在實驗室中模擬了一次小行星與石英礦物的碰撞，并在鉆石砧室中緩慢追蹤，作檢撞擊同時使用DESY的行星X射線源PETRA III對其進行監測。
這項觀測揭示了石英中的慢動一種中間狀態，它解決了幾十年來關于小行星撞擊物質中特征薄片形成的作檢撞擊謎團。石英在地球表面隨處可見，行星例如，慢動它是作檢撞擊沙子的主要成分。該分析有助于更好地了解過去的行星影響痕跡，也可能對完全不同的慢動材料有意義。研究人員在《自然通訊》上發表了他們的作檢撞擊發現。
小行星撞擊是行星災難性事件，會產生巨大的隕石坑，有時還會融化地球的部分基巖。Langenhorst解釋道：“盡管如此，地球上的隕石坑通常很難被發現，因為侵蝕、風化和板塊構造導致它們在數百萬年后消失。”。
因此，由于撞擊力而發生特征性變化的礦物通常是撞擊的證據。例如，石英砂（化學成分為二氧化硅，SiO2）在這種沖擊作用下逐漸轉變為玻璃，然后石英顆粒被微觀薄片交錯排列。這種結構只能在電子顯微鏡下進行詳細研究。例如，在美國亞利桑那州相對較新且突出的巴林格隕石坑的材料中可以看到它。
Liermann說：“60多年來，這些層狀結構一直是小行星撞擊的標志，但直到現在，還沒有人知道這種結構最初是如何形成的。”。“我們現在已經解開了這個幾十年的謎團。”
為了做到這一點，研究人員花了數年時間修改和改進技術，使材料能夠在實驗室中在高壓下進行研究。在這些實驗中，樣品通常被壓縮在所謂的金剛石砧室（DAC）中的兩個小金剛石砧之間。它允許地球內部或小行星撞擊中普遍存在的極端壓力以可控的方式產生。特征薄片
在實驗中，該團隊使用了動態金剛石砧座單元（dDAC），在該單元中，壓力可以在測量過程中快速變化。利用這個裝置，科學家們將小的石英單晶壓縮得越來越強，同時用PETRA III強烈的X射線照射它們，以研究其晶體結構的變化。
Liermann說：“訣竅是讓模擬的小行星撞擊進行得足夠慢，以便能夠用X光追蹤，但不能太慢，這樣小行星撞擊的典型效果仍然可以發生。”。以秒為尺度的實驗被證明是正確的持續時間。
模擬的小行星撞擊在所研究的石英晶體中產生了微小的玻璃薄片，只有幾十納米寬，只有在電子顯微鏡下才能看到。資料來源：Falko Langenhorst，Christoph Otzen（耶拿大學）
第一作者克里斯托夫·奧岑（Christoph Otzen）報告說：“我們觀察到，在大約180000個大氣壓的壓力下，石英結構突然轉變成了一種更緊密的過渡結構，我們稱之為類似薔薇巖。”奧岑正在撰寫關于這些研究的博士論文。“在這種晶體結構中，石英收縮了其體積的三分之一。石英轉變為所謂的亞穩態相的地方正好形成了特有的薄片，在我們之前，沒有人能夠在石英中識別出這種亞穩態相。”
羅賽特是一種氧化礦物，與各種材料中已知的晶體結構同名。它不含二氧化硅，而是一種銻酸鉛（鉛、銻和氧的化合物）。
陷入混亂
Otzen解釋道：“壓力升高得越高，樣品中具有類似薔薇鐵礦結構的二氧化硅比例就越大。”。“但當壓力再次下降時，類似于薔薇鐵礦的薄片并沒有轉變回原來的石英結構，而是坍塌成具有無序結構的玻璃薄片。我們也看到了小行星撞擊沉積物中石英顆粒中的這些薄片。”
薄片的數量和方向可以得出關于影響的結論。例如，它們表明沖擊壓力有多高。“幾十年來，這種薄片一直被用于探測和分析小行星撞擊，”蘭恩霍斯特指出，“但只有現在，我們才能準確地解釋和理解它們的形成。”
在這項研究中，研究人員沒有使用技術上可行的最高壓力。Langenhorst解釋道：“在最高壓力范圍內，產生的熱量太多，以至于材料熔化或蒸發。”。“熔化的物質凝固回到巖石中，目前還沒有給我們提供太多有用的信息。然而，重要的是礦物在固態狀態下發生特征性變化的壓力范圍，這就是我們在本案例中研究的內容。”
玻璃形成模型？
這一結果可能在小行星撞擊研究之外具有重要意義。Langenhorst指出：“我們觀察到的可能是在完全不同的材料（如冰）中形成玻璃的模型研究。”。“這可能是晶體結構在快速壓縮過程中的中間步驟中轉變為亞穩相，然后轉變為無序玻璃結構的一般路徑。我們計劃進一步研究這一點，因為這對材料研究可能非常重要。”
隨著計劃將DESY的PETRA III轉變為世界上最好的X射線顯微鏡PETRA IV，未來此類研究將更加現實。Liermann說：“高出200倍的X射線強度將使我們能夠更快地進行這些實驗，因此我們可以更真實地模擬小行星撞擊。”