【科學講堂】球粒隕石分三類 化學成分各不同

許多隕石與太陽系同時形成，因此可能記錄太陽系過往的歷史。尤其是球粒隕石（chondrite），多源自太陽系最早的時期。依據化學成分分析，現今收集到的球粒隕石可分為三類，然而當前主流理論尚難以解釋此三類隕石之來源。本文將介紹一項近期提出的新理論，為此三類隕石之來源提供新的觀點。

此三類球粒隕石之主要差異在於其鐵質的化學形態。頑火輝石（enstatite）球粒隕石所含鐵質氧化程度最低，主要以硫化物或金屬形態存在，幾乎不含氧化鐵。碳質（carbonaceous）球粒隕石則富含氧化態鐵質，例如以矽酸鹽或氧化物形態存在。

至於鐵質平均分布於矽酸鹽、氧化物、硫化物及金屬形態者，則稱為「普通」球粒隕石。如何理解此三類隕石的成因與演化？

記錄「幼年太陽系」化學成分

當前主流理論認為，太陽系起源於一團氣體與微小顆粒。這些物質在萬有引力作用下逐漸聚集，形成各類天體與結構。球粒隕石應為未被納入其他天體而留存下來的「殘餘物質」，因此可記錄當時太陽系的化學成分。

主流模型已考量太陽系各區域溫度差異：物質凝結取決於其在原始太陽星雲中的位置，鄰近中心區域溫度較高，僅難熔物質得以凝結；遠離中心處溫度較低，冰等易揮發物方能凝結。這種傳統方法預測的礦物凝結序列與溫度分布，可解釋多數觀測到的成分變化。

在此理論架構下，球粒隕石的化學成分應主要取決於其形成時所處溫度環境及與太陽的距離。若存在差異，則主要源於太陽系不同位置物質分布的不同，進而形成成分各異的隕石。

近期有科學家提出新觀點，進一步考量化學反應速率與冷卻速度間的競爭關係：即使溫度條件適宜某種礦物形成，若冷卻速度過快，該化學反應可能無法達到平衡，從而產生不同的連鎖反應路徑，導致成分差異。

本研究將整個太陽系視為一團氣壓固定且緩慢冷卻的氣體，進而模擬相關氣壓與化學反應速率，結果發現三種化學成分演化路徑與三類球粒隕石大致脗合。

此發現仍有諸多改進空間。研究所發現的三類成分演化路徑仍相對粗略，與實際隕石成分僅大致相符，尚需更深入的分析。至於各類化學反應速率，仍有待進一步提升其準確度。尋得更符合太陽系實際情況數值，將是獲得可靠研究成果的關鍵步驟。

總結而言，本文所介紹的研究成果，為球粒隕石來源提供新方向，增進我們對早期太陽系的理解。新模型強調化學反應速率未必能及時跟上冷卻過程，突破傳統平衡凝結模型框架，為認識太陽系提供更多可能性。所收集的隕石不僅是天外來物，更是太陽系過往歷史的紀錄。

●杜子航 教育工作者

早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。