Molecule dependent oxygen isotopic ratios in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
地球上的三种稳定氧同位素16 O、17 O和18 O的比例,以及据我们所知在太阳系中的比例,最多显示出几个百分点的变化,陨石中有一些异常值。然而,在星际介质中,某些特定的分子中存在高度分馏的氧同位素比值。这项工作的目标是研究在彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko的昏迷中发现的不同挥发性分子的氧同位素比率,并将其与星际云的结果进行比较,以评估共性和差异。为了实现这一目标,我们分析了罗塞塔上的ROSINA仪器在彗星周围执行任务期间的数据。可测定O2、甲醇、甲醛、硫化羰和一氧化硫/二氧化硫的16 O/18 O比值。对于O2,也可使用16 O/17 O比率。某些比率强烈富集重同位素,尤其是含硫分子和甲醛,而甲醇的比率与太阳系中的比率相容。O2介于两者之间,但其氧同位素比率明显不同于水,这可能排除了O2来自水的来源,无论是通过辐解,升华过程中的歧化还是文献中假设的水离子撞击核的Eley-Rideal过程。
2020-12-10 astro-ph.EP
Water transport in protoplanetary disks and the hydrogen isotopic composition of chondrites
碳质陨石的D/H比,被认为反映了早期太阳系内部的水的D/H比,介于原太阳值和大多数彗星的D/H比之间。彗星水的同位素组成已经被几种模型解释,其中水蒸气的同位素组成是通过与原行星盘中的氢气进行同位素交换而形成的。然而,碳质方解石中D/H比分布的位置和广泛的变化尚未得到解释。在本文中,我们假设彗星冰的D/H成分是在盘形成阶段获得的,并模拟了经典金牛座T阶段内盘中水的进一步同位素演化。反应动力学迫使水和氢气之间的同位素交换在$\sim$ 500 K时停止,但平衡水可以通过湍流扩散被输送到雪线(及更远),从而与同位素彗星状水混合。在某些简化的假设下,我们计算分析这种混合和由此产生的概率分布函数的D/H比的冰吸积在星子,并将其与观测数据进行比较。分布基本上取决于两个参数:径向施密特数Sc $_R$,它的比率的角动量传输和湍流扩散的效率,和范围内的日心距离的吸积采样的彗星。分布的最小D/H比对应于雪线处凝结的水的组成,其主要由Sc $_R$设定。观测将后者限制在较低的值(0.1-0.3),这表明行星形成区域的湍流本质上是流体动力学的,正如在死区中所预期的那样。这种有效的向外扩散也可以解释彗星中高温矿物的存在。
2013-01-23 astro-ph.EP
Isotopic ratios of H, C, N, O, and S in comets C/2012 F6 (Lemmon) and C/2014 Q2 (Lovejoy)
2013年3月至4月和2015年1月,明亮的彗星C/2012 F6(莱蒙)和C/2014 Q2(洛夫乔伊)的出现,加上亚毫米波设施观测能力的提高,提供了一个机会,可以对其昏迷中的挥发物进行敏感的成分和同位素研究。我们在2015年1月13日至26日期间使用IRAM 30米望远镜观测了Lovejoy彗星,并在2015年1月29日至2月3日期间使用Odin亚毫米空间天文台观测了彗星。我们检测到22种分子和几种同位素。用Odin测量的H $_2^{16}$ O和H $_2^{18}$ O产生速率遵循周期性模式,周期为0.94天,振幅约为25%。洛夫乔伊彗星的推测同位素比值为:水中的$^{16}$ O/ $^{18}$ O = 499 $\pm$ 24和D/H = 1.4 $\pm$ 0.4 $\times 10^{-4}$,CS中的$^{32}$ S/ $^{34}$ S = 24.7 $\pm$ 3.5,所有这些都与地球上的值一致。HCN中的$^{12}$ C/ $^{13}$ C = 109 $\pm$ 14的比例略高于地球,HCN中的$^{14}$ N/ $^{15}$ N = 145 $\pm$ 12是地球比例的一半。其他分子中的D/H或12 C/13 C的几个上限也有报道。从我们对彗星C/2014 Q2(Lovejoy)的HDO观测中,我们报告了奥尔特云彗星中第一个不大于地球值的…
2016-03-16 astro-ph.EP
Cometary Chemistry and the Origin of Icy Solar System Bodies, the view after Rosetta
对彗星化学的现场研究始于乔托任务在1 P/哈雷彗星上的测量,发现了昏迷中存在复杂的有机物。新的望远镜和空间任务提供了详细的远程和现场测量彗星挥发物的组成。最近,对67 P/Churyumov-Gerasimenko彗星的罗塞塔任务使彗星中已知的母体物种数量和同位素比率数量增加了一倍多。在66个母种中,有39个也在前恒星云和原恒星云中被发现,这使得彗星冰与前恒星物质的相似性非常有趣。大多数同位素比率是非太阳的。不同彗星间水中D/H的变化表明彗星形成的原行星盘范围很大。所有这些结果都指向一个未凝结的原行星盘,彗星在那里接收了它们的物质。这种多样的起源与太阳形成对比,太阳从大部分坍缩的云中获得物质。在~(67)P的彗发中检测到N_2和Ar,并发现极易挥发的S_2,表明彗星的形成温度较低,为20-30 K。用~(67)P测量的氙同位素比值可以解释地球大气中氙的来源问题。虽然我们可以排除彗星作为大量陆地水的来源,因为它们通常具有较高的D/H,但地球大气中的惰性气体与彗星的输送是相容的。这意味着彗星释放的有机物数量可能非常可观。
2019-08-12 astro-ph.EP
Comets $^{12}$CO$^+$ and $^{13}$CO$^+$ fluorescence models for measuring the $^{12}$C/$^{13}$C isotopic ratio in CO$^+$
本研究为彗星 CO$^+$ 构建了 $^{12}$CO$^+$ 和 $^{13}$CO$^+$ 荧光模型,用于测量 $^{12}$C/$^{13}$C 同位素比,并在 C/2016 R2 彗星中测得 73±20,与太阳系比值一致。
2023-11-09 astro-ph.EP
Isotopic composition of cometary water and the origin of Earth's oceans
本文阐述 PRIMA 任务通过直接测量奥尔特云与柯伊伯带彗星的 D/H 比值,比较彗星储库及陨石同位素组成,以约束早期太阳系模型并探究地球海洋起源。
2025-09-01 astro-ph.EP astro-ph.IM
Fine-grained Material Associated with a Large Sulfide returned from Comet 81P/Wild 2
在一个财团的分析捕获的彗星81 P/野生2的彗星的彗发的大颗粒的星尘航天器,我们报告的发现领域的细颗粒材料(FGM)接触一个大的硫化物颗粒。FGM部分位于硫化物的海湾中,因此似乎在气凝胶的超高速捕获过程中基本上受到保护。一些FGM颗粒的特征与南极多孔行星际尘埃颗粒(CP-IDPs)的常见成分无法区分,包括嵌入金属和硫化物的玻璃(GEMS)和平衡聚集体(EA)。硫化物表现出令人惊讶的富Ni层状结构,这可能表明该颗粒在其形成后但在掺入Wild 2之前经历了长时间的加热事件。我们讨论了FGM的硫化物,其他野生2粒子和太阳星云的历史的关系。
2018-06-29 astro-ph.EP
The origin of the 3.4 micron feature in Wild 2 cometary particles and in ultracarbonaceous interplanetary dust particles
用红外光谱法分析了2个超碳质行星际尘埃粒子和2个彗星Wild 2粒子。我们的特点是在这些样品中的载体的3.4微米带,并比较其配置文件和CH 2/CH 3比的3.4微米带中的扩散星际介质(DISM),在不溶性有机物(IOM)从3个原始陨石,在小行星24 Themis和彗星103 P/哈特利2的昏迷。我们发现Wild 2和IDP中的3.4微米波段是相似的,但与我们比较的所有其他天体物理环境不同。IDPs和Wild 2粒子中的3.4微米带主要由CH 2基团组成,峰比陨石,小行星Themis和DISM中的峰更窄,更强。此外,羰基C=O在1700 cm-1(5.8微米)在我们的样品的光谱中的大部分的存在下,表明这些脂肪链有O键合到他们,这是非常不同的天文光谱的DISM。根据这些观测结果,我们认为IDPs和Wild 2样品中3.4 μ m波段的载流子不是来自星际,而是来自太阳星云的最外层。
2013-01-30 astro-ph.EP
Evidence for Surprising Heavy Nitrogen Isotopic Enrichment in Comet 46P/Wirtanen's Hydrogen Cyanide
利用ACA观测和SUBLIME辐射转移分析,研究发现彗星46P/Wirtanen的HCN具有异常低的$^{14}$N/$^{15}$N比值,揭示木星族彗星可能存在更强的重氮富集。
2024-09-09 astro-ph.EP
Incorporation of a Late-forming Chondrule into Comet Wild 2
我们报告的岩石学,O同位素组成,和铝镁同位素系统的球粒碎片从彗星家族野生2,返回地球的美国宇航局的星尘任务。这个物体显示了II型球粒的特征,它是由一个演化的氧同位素库形成的。没有发现Al 26消失的证据,(26 Al/27 Al)0 < 3.0 x 10^-6。假设铝26在太阳星云中均匀分布,这种粒子的结晶至少比最早的太阳系天体晚300万年--与大多数陨石球粒相比相对较晚。我们解释这个对象在柯伊伯带机构的存在,作为晚,大规模运输的小天体之间的内部和外部太阳星云的证据。我们的观测结果限制了木星的形成(如果它比这个彗星球粒离太阳更远,那么它将成为向外运输的障碍),在富含钙铝的包裹体之后超过300万年。
2011-12-30 astro-ph.EP
Enlargement of depressions on comet 81P/Wild 2: Constraint based on 30-year cometary activity in the inner Solar System
针对彗星81P/Wild 2准圆形凹陷形成机制争议,通过分析星尘号图像与地基数据,计算水生成率及挖掘体积,发现超70%凹陷形成于柯伊伯带源区,为其形成与扩大机制提供约束。
2024-12-16 astro-ph.EP
High nitrogen and carbon isotopic ratios in the interstellar comet 3I/ATLAS
University of Edinburgh(爱丁堡大学);University of Liège(列日大学);United States Naval Academy(美国海军学院);Northumbria University(诺森比亚大学);Auburn University(奥本大学);Pontificia Universidad Católica de Chile(智利天主教 Pontificia 大学);Catholic University of America(美利坚天主教大学);NASA Goddard Space Flight Center(美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心);University of Helsinki(赫尔辛基大学);University of Padova(帕多瓦大学)
研究星际彗星3I/ATLAS的高氮和碳同位素比值,揭示其可能起源于低金属licity恒星外围盘。
2026-03-07 astro-ph.EP astro-ph.GA
Krypton isotopes and noble gas abundances in the coma of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
欧空局罗塞塔号航天器上的ROSINA质谱仪DFMS探测到67 P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星彗发中惰性气体氩、氪和氙的主要同位素。早些时候,已经表明氙的同位素组成与太阳系中的其他任何地方都不同。然而,在误差范围内,氩同位素被证明与太阳同位素丰度一致。这种差异表明彗星67 P/丘留莫夫-格拉西缅科中存在额外的氙元素。在这里,我们表明,氪也表现出接近太阳的同位素组成。此外,我们发现了一个耗尽相比,太阳的氩相对于氪和氪相对于氙,这是一个必要的假设,除了外来的氙在彗星。
2018-07-11 astro-ph.EP
Water production in comet 81P/Wild 2 as determined by Herschel/HIFI
Herschel/HIFI的高光谱分辨率和灵敏度允许探测多条旋转水线,并准确确定彗星的产水率。在这封信中,我们提出了基本的110-101(557 GHz)ortho和111-000(1113 GHz)para旋转过渡的水在彗星81 P/野生2在2010年2月获得的HIFI观测。我们用五点扫描绘制了水线发射的范围。线轮廓计算使用激发模型,其中包括与电子和中性粒子和太阳红外辐射碰撞激发。我们推导出一个平均水生产率的$1.0 \times 10^{28}$分子s $^{-1}$在日心距离为1.61 AU约20天前近日点,与生产率从地面测量使用的18厘米OH线的意见。此外,我们约束的电子密度分布和气体动力学温度,并估计彗发膨胀速度通过拟合的水线形状。
2010-07-01 astro-ph.EP
Comet 81/P Wild 2: changes in the spin axis orientation during the last five apparitions
本研究通过测量彗星 81P (Wild 2) 在 2009-10 和 2022-23 回归期间 CCD 图像上的扇形喷流位置角,结合历史数据,证实其自转轴在连续五次回归中发生了变速缓慢漂移,这可能源于气体喷发诱导的喷流力及非引力扰动。
2024-05-30 astro-ph.EP
A JWST Study of Stardust. II. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Comet 81P/Wild 2 and Implications for Primitive Solar System Carbon
NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心);American University(美利坚大学);NASA Ames Research Center(美国宇航局艾姆斯研究中心);University of Western Ontario(韦仕敦大学);SETI Institute(搜寻地外文明研究所);University of Minnesota(明尼苏达大学);Observatoire de Paris(巴黎天文台);Université PSL(巴黎文理研究大学);CNRS(法国国家科学研究中心);Sorbonne Université(索邦大学)
利用JWST对彗星81P/Wild 2进行遥感光谱观测,首次将其与返回样本实验室分析对比,证实彗发中存在多环芳烃,揭示其继承自星际介质和原行星盘,对理解原始太阳系碳具有重要意义。
2026-09-29 astro-ph.EP
New 12C/13C and 14N/15N isotopic ratio measurements in Jupiter's stratosphere revealed by ALMA
Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS(波尔多天体物理学实验室,波尔多大学,法国国家科学研究中心);LIRA, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité(巴黎天文台 LIRA 实验室,巴黎文理研究大学,法国国家科学研究中心,索邦大学,巴黎西岱大学);Max-Planck-Institute for Solar System Research, Göttingen(马克斯·普朗克太阳系研究所)
利用ALMA 2017年数据测量木星平流层HCN中碳氮同位素比,发现12C/13C=73±5、14N/15N=245±29,较1998年观测的贫化结果更富集重同位素,可能源于彗星贡献或23年化学演化。
2026-06-12 astro-ph.EP
Chemistry of comet atmospheres
彗星冰的组成提供了关于原行星盘外部的热和化学性质的关键信息,它们在4.6 Gy前形成。本章回顾了我们的知识彗星彗星的组成的基础上远程光谱和原位调查技术。彗星的彗发主要由水蒸气、CO或CO2组成。在彗星中测量了几十种分子的丰度,以及越来越多的复杂有机物。许多不是直接从核冰升华的物种也被观察到,并追踪到昏迷,以确定它们的产生机制。化学多样性的彗星人口和成分的异质性的昏迷进行了讨论。随着罗塞塔任务的完成,同位素比率,这对彗星物质的起源提供了额外的线索,已经在几个物种中进行了测量。最后,重要的未决问题(例如,彗星中的氮缺乏)以及在某些关键领域进一步开展工作的必要性进行了讨论,以便回答问题并解决技术之间的差异。
2022-07-11 astro-ph.EP
The Rosetta mission orbiter Science overview the comet phase
国际罗塞塔任务于2004年发射,由轨道航天器罗塞塔和着陆器菲莱组成。该飞行任务的目的是通过遥感绘制67 P Churyumov Gerasimenko彗星的地图,实地考察其环境及其在内太阳系中的演变情况,Rosetta是第一个与彗星会合并绕其轨道运行的航天器,在彗星穿过内太阳系时伴随彗星,并部署了一个着陆器Philae,在彗星表面进行实地科学研究。这次飞行任务的主要目标是:确定彗星核的特征;检查挥发物和耐火材料的化学、矿物学和同位素组成;检查彗星核中挥发物和耐火材料的物理性质和相互关系;研究彗星活动的发展以及核表层和彗发中的过程;详细说明彗星的起源,彗星和星际物质之间的关系以及对太阳系起源的影响;描述小行星,2867 Steins和21 Lutetia。本文介绍了任务操作和科学的总结,重点是从2014年初到2016年9月彗星阶段的罗塞塔轨道器部分。
2017-03-30 astro-ph.EP
Activity and composition of the hyperactive comet 46P/Wirtanen during its close approach in 2018
超活跃彗星是一小群彗星,其活动高于预期。它们似乎比根据其核的大小应该排放更多的水,彗星46 P/Wirtanen就是其中之一。研究它的活动和成分演化,可以为它在太阳星云中的起源和形成区域提供线索。鉴于彗星46 P在2018年异常接近地球,我们的目标是研究其活动和组成的演变,作为近日点前后日心距离的函数。我们使用两台TRAPPIST望远镜,用宽带和窄带滤光片对彗星进行了近一年的监测。利用Haser模型和尘埃代用参数A($θ$)f $ρ$,计算了OH、NH、CN、C $_3$和C $_2$等5种气体组分的产生率。还用安装在8米ESO VLT上的两台光学高分辨率摄谱仪UVES和ESTERO对彗星进行了观测,以测量C和N的同位素比、氧禁线比和NH $_2$的邻对比。我们遵循了近一年的上升和下降的生产率的不同物种,以及尘埃活动的46 P的前和后近日点。相对丰度相对于CN和OH沿彗星轨道显示恒定和对称的丰度比和一个典型的彗发组成。我们确定了旋转周期的核使用高节奏的观测和长系列的CN图像在几个晚上,我们得到了一个值(9.18 $\pm$ 0.05)小时在近日点。利用46 P彗发的高分辨率光谱,我们推导出100 $\pm$ 20和150 $\pm$ 30的C和N同位素比值,以及绿-红禁氧[OI]线比值为0.23 $\pm$ 0.02。我们测得$_2$邻-对比为3.31 $\pm$ 0.03,并得出…
2023-01-26 astro-ph.EP
High D/H ratios in water and alkanes in comet 67P/Churyumov-Gerasimenko measured with the Rosetta/ROSINA DFMS
彗星中的同位素丰度是了解太阳系物质历史和起源的关键。水中的氘氢(D/H)比可用于几颗彗星。然而,没有关于彗星在绕太阳运行期间水中D/H比的长期研究报告。直链烷烃是重要的有机分子,在包括彗星在内的几个太阳系天体上都发现了直链烷烃。到目前为止,只有直链烷烃中D/H和13 C/12 C同位素比值的上限可用。这项工作的目的是详细分析在整个罗塞塔任务期间水中的D/H比。此外,提供了67 P/Churyumov-Gerasimenko彗发中前四种直链烷烃的D/H和13 C/12 C比的首次测定。我们分析了Rosetta/ROSINA双聚焦质谱仪(DFMS)的原位测量结果。HDO/H2O的D/H比和H216 O/H217 O的16 O/17 O比在2014年至2016年期间围绕太阳运行期间没有变化。所有D/H比测量值均在1 $σ$范围内,平均值为$5.01\times10^{-4}$,其相对变化为2.0%。这表明67 P的彗发中的D/H比与日心距离、彗星活动水平以及航天器相对于彗核的位置无关。此外,16 O/17 O的比值可以比以前更高的精度确定,产生的值为2347,相对变化为2.3%。对于烷烃,D/H比是H2O的4.1至4.8倍,而13 C/12 C比在不确定性范围内与其他太阳系天体的数据一致。烷烃中相对较高的D/H比与其他彗星有机分子一致,表明这些有机物可能继承自形成太阳系的前太阳分子云。
2022-02-07 astro-ph.EP
A JWST Study of Stardust. I. Infrared Spectroscopy of Comet 81P/Wild 2 and Overall Composition
NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心);American University(美国大学);NASA Ames Research Center(美国宇航局艾姆斯研究中心);University of Minnesota(明尼苏达大学);Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité(巴黎天文台、巴黎文理研究大学、法国国家科学研究中心、索邦大学、巴黎西岱大学);University of Maryland(马里兰大学)
本研究利用JWST对81P/怀尔德2号彗星开展红外观测,探测多种分子并确定彗核与尘埃参数,将其与星尘返回样本对比,揭示两项任务对彗发尘埃的探测互补性。
2026-08-04 astro-ph.EP
The Effect of Cosmic Rays on Cometary Nuclei: I Dose deposition
彗星是小天体,被认为包含了太阳系中最原始的物质。然而,自从它们在4.5 Gy前形成以来,它们已经被不同的过程改变了。虽然没有暴露在太多的电磁辐射中,但它们会经历强烈的粒子辐射。银河宇宙射线和太阳高能粒子具有广泛的能量谱,与彗星表面和次表面相互作用;它们是柯伊伯带或奥尔特云中彗星空间风化的主要来源;也影响彗星凝聚之前的冰。虽然低能粒子只与彗星表面相互作用,但最具活力的粒子会将大量能量沉积到数十米以下。这种相互作用可以改变彗星冰中的同位素比率,并通过辐解产生次级化合物,如O2和H2 O2(论文II:Maggiolo等人,2020年)。在本文中,我们模型的能量沉积的高能粒子作为深度的函数,使用Geant 4应用程序修改,占同位素创建过程。我们对银河宇宙射线和太阳高能粒子沉积在彗星核中的能量进行了定量计算。论文二将讨论能量沉积对彗星冰的同位素和化学成分的影响及其对解释彗星观测,特别是欧空局/罗塞塔航天器对67 P/Churyumov Gerasimenko的观测的影响。
2020-12-10 astro-ph.EP astro-ph.HE physics.space-ph
A Lower Limit of Atmospheric Pressure on Early Mars Inferred from Nitrogen and Argon Isotopic Compositions
我们使用氮和稀有气体的元素和同位素组成来研究火星大气的损失和补充的历史。计算大气层的演变时考虑到各种过程:小行星和彗星的撞击侵蚀和补充、太阳辐射和风引起的大气逃逸、火山脱气和行星际尘埃颗粒的气体沉积。我们的模型再现了火星大气中N和稀有气体(除N2)的元素和同位素组成,从探测任务和火星陨石分析中推断。其他过程,如电离诱导的分馏,这是不包括在我们的模型中,可能会作出很大的贡献,在生产目前的同位素组成。由于猛烈轰击期间的强烈撞击极大地影响了大气质量,大气压力随机演变。虽然稠密的大气层保留了原始的同位素组成,但早期火星上稀薄的大气层受到随机撞击事件和逃逸引发的分馏的严重影响。在大气压力降低后分馏的开始被解释为在较低的大气压力下同位素分馏的时间尺度较短。我们的数值计算结果与火星陨石Allan Hills 84001中记录的古代大气中分馏较少的N($^15$ N/ $^14$ N)和Ar($^38$ Ar/ $^36$ Ar)同位素组成的比较,提供了4 Ga的大气压力下限,以保存原始同位素组成。我们得出结论,在4 Ga时,大气压力高于约0.5 bar。
2017-08-13 astro-ph.EP
Xenon Isotopes Identify Large-scale Nucleosynthetic Heterogeneities across the Solar System
陨石和行星天体中的核合成同位素异常有助于我们理解太阳系的形成。榴辉岩的同位素系统学证明了太阳系中同位素库之间存在物理分离。大气中氙(Xe)的同位素组成表明,它的祖先U-氙相对于太阳系或球粒陨石系的端元来说,134 Xe和136 Xe同位素是贫化的。这一缺陷支持了核合成不均匀性在太阳系形成期间持续存在的观点。对彗星67 P/丘留莫夫-格拉西缅科(Churyumov-Gerasimenko,67 P)发出的氙的测量发现,相对于太阳气体,彗星气体在这些同位素方面存在类似但更极端的不足。在这里,我们表明,从67 P的数据表明,两个不同的来源贡献氙同位素与r-过程的太阳系。h-过程至少贡献了太阳系136 π的29%(2 σ)。这些r-过程成分和s-过程的混合物,与彗星的重同位素特征相匹配,导致大气中p-同位素的前体物质耗尽。只有在同位素混合物中加入纯的p过程氘,124氘/132氘和126氘/132氘的比值才能回到类似太阳的值。在太阳系物质中没有检测到纯p-过程同位素,p-过程同位素的变化总是与r-过程同位素的变化相关。在太阳系中,星际介质的p-过程合并发生在r-过程核素或物质合并之前,太阳系外缘的物质携带着与母天体中保存的不同的太阳前源混合物。
2020-02-14 astro-ph.EP nucl-th
The refractory-to-ice ratio in comet 67P: implications on the composition of the comet-forming region of the protoplanetary disk
本研究结合Rosetta任务的ROSINA和COSIMA数据,通过蒙特卡洛方法约束彗星67P的难熔物与冰比率,推导其体元素丰度,揭示其形成于25-35 au的原行星盘区域。
2025-01-29 astro-ph.EP
Evidence for depletion of heavy silicon isotopes at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
上下文罗塞塔轨道器离子和中性分析光谱仪(ROSINA)旨在测量欧洲航天局罗塞塔任务的目标67 P/Churyumov-Gerasimenko彗星的昏迷气体成分。除了挥发物,ROSINA还测量了太阳风质子与彗星表面相互作用而从彗星上溅射下来的耐火材料。目的。不同太阳系物质的起源仍有很大争议。同位素比率可用于区分不同的储层,并研究太阳系形成过程。方法. ROSINA由两个质谱仪和一个压力传感器组成。在ROSINA双聚焦质谱仪(DFMS)中,彗星起源的中性气体被电离,然后在电场和磁场中偏转,根据它们的质荷比分离离子。DFMS具有高质量分辨率、动态范围和灵敏度,可检测稀有物质和已知的主要挥发物。结果我们用罗塞塔航天器上的ROSINA仪器测量了所有三种稳定硅同位素的相对丰度。此外,我们测量了$^{13}$ C/ $^{12}$ C中的C $_2$ H $_4$,C $_2$ H $_5$,和CO。DFMS原位测量表明,平均硅同位素组成表明,相对于$^{28}$ Si和太阳丰度,重同位素$^{29}$ Si和$^{30}$ Si耗尽,而$^{13}$ C到$^{12}$ C在分析上与散装行星和陨石组成无法区分。虽然重硅同位素的缺乏的起源不能明确地解释,我们讨论的机制,可能有助于测量耗尽的同位素$^{29}$ Si和$^{30}$ Si。
2017-05-08 astro-ph.EP astro-ph.SR
Aggregate dust particles at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko
彗星被认为保存了几乎原始的尘埃颗粒,因此提供了早期太阳星云性质的独特样本。在太阳系的形成过程中,这些尘埃的微观特性在粒子聚集中发挥了关键作用。根据对可见光和红外线远程观测的解释以及对球粒多孔行星际尘埃颗粒的研究,彗星尘埃以前被认为是由不规则、蓬松的聚集体组成的,这些尘埃被认为但未被证明起源于彗星。虽然早期任务返回的尘埃提供了81 P/Wild彗星颗粒的详细矿物学,但细颗粒聚集体成分在收集过程中发生了强烈的变化。在这里,我们报告在彗星67 P/Churyumov-Gerasimenko尘埃颗粒的现场测量。颗粒是较小的细长颗粒的聚集体,具有不同尺寸的结构,表明分级聚集。选定的尺寸从1微米到几十微米的尘埃颗粒的地形图像显示出各种形态,包括致密的单颗粒和大的多孔聚集颗粒,类似于南极多孔行星际尘埃颗粒。测得的颗粒伸长与星际尘埃的推断值相似,并支持这样的想法,即这些颗粒可能代表彗星的一小部分组成部分。在随后的增长阶段,分层凝聚可能是一个主要的过程,并会产生聚集体,更容易粘在更高的质量和速度比均匀的灰尘颗粒。在67 P彗星核的近表面存在的分级尘埃聚集体也提供了一种降低尘埃层拉伸强度和帮助尘埃释放的机制。
2017-04-03 astro-ph.EP
A Shocking Solar Nebula?
有人认为,太阳星云中的冲击波形成了在陨石和彗星中观察到的高温物质。它表明,在太阳星云的内部边缘的温度可能已经足够高,在足够长的时间,以产生陨石球粒,CAIs,耐火尘埃颗粒和其他高温物质在彗星和陨石观察。随着时间的推移,太阳双极喷流可能在太阳星云中产生了16 O的富集,球粒氧同位素库可能是由于太阳星云内边缘相对位置的时间变化和随后的太阳双极喷流强度的变化。因此,星云加热模型,如激波模型,不需要解释大多数高温超导成分的形成
2009-01-25 astro-ph.EP
Chemo-dynamical deuterium fractionation in the early solar nebula: The origin of water on Earth and in asteroids and comets
太阳系中水的形成和演化以及地球上水的起源是天文学中最有趣的问题之一。关于地球上的水的起源,流行的假说是通过富含水的小太阳系天体输送的。本文研究了太阳星云早期历史中水的同位素和化学演化。将一个包含多氘物质和核自旋态的气粒化学模型与稳态太阳星云模型相结合。为了计算初始丰度,我们模拟了100万年的冷而暗的TMC 1-类星前核的演变。计算了100万年以上太阳星云的两个含时化学模型:(1)层流模型和(2)二维湍流混合模型。我们发现,径向向外增加的H2O D/H比是浅的化学动力学星云模型相比,层流模型。这与通过快速气相过程更有效地去分馏HDO有关,因为2D混合模型允许水冰向内运输并热蒸发或向上运输并光解吸。层流模型显示地球水的D/H比在r ~<2.5 AU,而对于二维化学动力学模型,该区域较大,r ~<9 AU。类似地,奥尔特族彗星的水的D/H比约为2.5-10 x 10-4,在层流和2D模型中分别在约2-6 AU和约2-20 AU内实现。我们发现,关于水的同位素组成和彗星的起源,混合模型似乎优于层流模型。
2014-01-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
The origins and concentrations of water, carbon, nitrogen and noble gases on Earth
地球上的氢和氮的同位素组成明显不同于形成太阳系的星云气体,也不同于大多数彗星的值。地球上的氮和氢同位素组成在原始陨石的特征值范围内,这表明地球上的水,氮和其他挥发性元素起源于一个宇宙化学水库,也来源于原始陨石的母体。原太阳星云(PSN)的残余物仍然存在于地幔中,可能标志着行星生长早期阶段PSN气体的封存。彗星挥发物的贡献似乎仅限于地球挥发物总量中的少数几种。氢,氮,氖和氩的同位素签名可以解释为两个端元之间的太阳和南极组成的混合,分别,并不需要同位素分馏过程中的早期大气的流体动力逃逸。地球上的40 Ar(在地球历史上由40 K衰变产生)表明,放射成因的氩的很大一部分可能仍然被困在硅酸盐地球中。通过将其他挥发性元素的丰度标准化为这种同位素,我们提出地球并不像以前认为的那样缺乏挥发性。我们的星球可能确实含有高达~3000 ppm的水(优选范围:1000-3000 ppm)和高达~500 ppm的C,两者大部分都封存在固体地球中。这一挥发物含量相当于碳质球粒陨石(CI-CM)物质对干燥原地球的~2(+/-1)%贡献,这高于主张解释地幔铂族元素预算的球粒陨石物质的贡献。这样一个(相对)高的贡献挥发物丰富的物质是一致的吸积的一些湿的星子在地球吸积。
2014-05-24 astro-ph.EP
A D/H Ratio Consistent with Earth's Water in Halley-type Comet 12P from ALMA HDO Mapping
本研究利用 ALMA 对哈雷型彗星 12P 的 HDO 测绘,测得彗发水 D/H 比为 (1.71±0.44)×10⁻⁴,与地球海洋水一致,暗示奥尔特云水冰与地球水可能同源。
2025-08-08 astro-ph.EP
Interstellar Heritage and the Birth Environment of the Solar System
在这一章中,我们将探索彗星物质的起源,并讨论彗星成分在我们太阳系起源的背景下提供的线索。这篇评论的重点是彗星的耐火材料和挥发性材料,它们共同提供了有关将太阳系塑造成今天的过程的关键信息。这两个领域在过去十年中都取得了重大进展。我们还认为彗星更广泛地讨论成分考虑实验室研究的彗星材料,包括行星际尘埃颗粒和陨石材料,是潜在的彗星样本,随着陨石,并在现场/远程研究彗星彗星。在我们的评论中,我们专注于关键领域的元素/分子组成,同位素比值,碳质和硅酸盐耐火材料,短寿命的放射性核素,和太阳系动力学,可用于探测太阳诞生环境。我们综合这些数据,指出我们的太阳系诞生于一个星团状的恒星形成环境。
2023-01-12 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
The Isotopic Links from Planet Forming Regions to the Solar System
同位素比率为理解物质的起源提供了一个强有力的工具,包括太阳系天体中的挥发性和难熔物质。最近对分子同位素的高灵敏度观测,特别是ALMA的观测,为我们提供了关于恒星和行星形成区以及太阳系天体中氢、碳、氮和氧同位素比率的新信息。太阳系探测任务,如罗塞塔和卡西尼,给了我们进一步的新见解。与此同时,最近发展的复杂模型同位素化学,包括详细的气相和颗粒表面反应网络,使人们有可能讨论如何同位素分馏在恒星和行星形成的地区是印记到尘埃颗粒的冰地幔,保存记录的初始同位素状态的太阳系材料。本章回顾了最近在太阳系外行星形成区,星前/原恒星核和原行星盘,以及在我们的太阳系的对象-彗星,陨石和行星/卫星大气中的分子同位素观测的进展,并讨论了它们之间的联系,通过同位素化学模型。
2022-03-21 astro-ph.EP astro-ph.GA
Presolar Grains from Novae: Evidence from Neon and Helium Isotopes in Comet Dust Collections
陨石和行星际尘埃粒子(IDP)中的前太阳颗粒携带非太阳同位素特征,指向超新星,巨星和可能的其他恒星来源。有人认为,这些颗粒中的一些凝聚在经典新星爆发的喷出物中,但证据是模糊的。我们报告的氖和氦的成分捕获的平流层收集器飞到样品材料从彗星26 P/格里格-Skelberup和55 P/Tempel-塔特尔,指向冷凝的气体载体在喷出物的氖(ONe)新星。在这些粒子中没有可检测到的3 He表明空间暴露于最多几十年的太阳风(SW)照射,与彗星尘埃流的起源一致。测定的~ 4 He/~(20)Ne、~(20)Ne/~(22)Ne、~(21)Ne/~(22)Ne和~(20)Ne/~(21)Ne同位素比值以及~ 3 He/~ 4 He比值的下限与氖新星爆发核合成的计算结果一致。其中,独特的低4 He/20 Ne和高20 Ne/22 Ne的比例是最诊断,反映了大预测20 Ne丰度在这样的新星喷出物。彗星物质中Ne和He成分的测量值与理论预测值的对应关系是早期太阳系中存在来自新星的太阳前颗粒的证据。
2012-04-04 astro-ph.EP astro-ph.SR
Modelling polarization properties of comet 1P/Halley using a mixture of compact and aggregate particles
最近,从“星尘”飞行任务获得的结果表明,81 P/Wild 2彗星的致密颗粒与聚集颗粒的总体比例为65:35(或13:7)(Burdham等人,2008年)。在目前的工作中,我们提出了一个模型,认为彗星尘埃作为一个混合物的紧凑和聚合颗粒,与硅酸盐和有机物的组成。我们把致密颗粒看作球形颗粒,把聚集体看作具有一定尺寸分布的BCCA和BAM 2聚集体。为了模拟彗星1 P/ Halley,采用幂律尺寸分布n(a)= a^{-2.6},对于致密颗粒和聚集颗粒。我们采用BAM 2和BCCA聚集体的混合物,其具有约0.20 $μm$和1 $μm$的下限和上限截止尺寸。我们还采取了一个混合物的扁长,球形和扁球形紧凑的颗粒与轴比(E)从0.8至1.2,其中的下限和上限的截止尺寸约0.1 $μm$和10 $μm$。使用T矩阵程序,生成了平均模拟偏振曲线,它能最好地拟合在四个波长处的观测偏振数据:$λ$ = 0.365 $μm$,0.485 $μm$,0.670 $μm$和0.684 $μm$ .从本建模中出现的骨料的合适混合百分比对应于50%BAM 2和50%BCCA颗粒,并且硅酸盐与有机物的混合百分比对应于78%硅酸盐和22%有机物,以体积计。本模型成功地再现了观测到的偏振数据,特别是负分支,更有效地相比,在过去所做的其他工作。研究发现,在这些聚集体中,BAM 2聚集体起着决定负极化分支交叉角和深度…
2011-06-13 astro-ph.EP
Chemical composition of comets C/2021 A1 (Leonard) and C/2022 E3 (ZTF) from radio spectroscopy and the abundance of HCOOH and HNCO in comets
本文通过射电光谱观测了彗星 C/2021 A1 和 C/2022 E3 的化学成分,探测到多种分子,发现两颗彗星挥发物相对较低,并基于新光解速率重新评估了 HNCO 和 HCOOH 丰度。
2024-08-20 astro-ph.EP
Direct evidence of multiple reservoirs of volatile nitrogen in a protosolar nebula analogue
同位素比率是理解银河核合成背景下太阳系起源和早期演化的关键。太阳系中测量到的$^{14}$ N/ $^{15}$ N同位素比值范围很大,这反映了氮的不同来源。我们直接测量了一个C $^{14}$ N/C $^{15}$ N丰度比为323 $\pm$ 30的磁盘围绕附近的年轻恒星TW Hya。这个值,这是在很好的协议与星前核测得的氮同位素比值,可能反映了主要的当今水库的氮在太阳附近。这些结果支持的模型调用新星作为主要的$^{15}$ N源,以及在其一生中向外迁移的太阳,并建议彗星采样二次,$^{15}$ N-丰富的水库在太阳系的形成。
2017-06-30 astro-ph.EP astro-ph.GA
Ice inheritance in dynamical disk models
行星形成盘的组成是由从星际介质继承的物质和在盘形成和演化过程中再加工的物质的组合决定的。事实上,彗星和原始陨石表现出类似星际的同位素比例和/或挥发性成分,支持一些原始物质完整地融入太阳星云的冰冷微行星。到目前为止,挥发性星际物质在盘阶段的生存还没有使用现实的盘物理学建模。在这里,我们提出了一个建模框架,以跟踪在磁盘内进行运输过程的尘埃颗粒星际冰的破坏,特别侧重于解释的原始材料纳入冰冷的星子。我们发现很难通过彗星的局部聚集来解释遗传,因为冰的破坏对于内部几十个Au的小颗粒(<10 μ m)是迅速的。相反,一个合理的遗传途径是在更大的圆盘半径形成鹅卵石,然后向内漂移到彗星形成区,其中的冰大部分被保存下来。超过~100金的小颗粒可以经历百分之几十水平的冰光解,然而实际上很少有冰从颗粒中损失,这可能使其成为原位冰化学的一个强大的网站。我们的模型还表明,许多复杂的有机物种应生存通过磁盘完好无损。这就提出了一种可能性,即在星际介质中合成的有机物可以通过冰体撞击传递到类地行星,从而有可能参与生命化学的起源。
2021-07-07 astro-ph.EP
Learning about comets from the study of mass distributions and fluxes of meteoroid streams
流星物理学可以提供有关彗星解体产物的大小、结构和密度的新线索,在不同研究领域之间建立桥梁。从流星星等资料中,我们利用Verniani(1973)得到的光度与质量的关系,估算了不同彗星流中流星体的质量分布。这些质量分布是在观测到的1 P/Halley彗星和81 P/Wild 2彗星释放的尘埃颗粒的范围内。从导出的质量分布,我们已经整合了传入的质量最重要的流星雨。通过比较收集到的行星际尘埃粒子(IDP)的质量与彗星流星体的质量,发现两者之间存在几个数量级的差距。蓬松粒子的最大例子是大小不超过100微米(或质量不超过5 × 10 ^-7 g)的IDP团,而最大的彗星状流星体是厘米大小的物体。这种间隙可以用原始彗星粒子在星际介质或大气中的碎裂来解释。作为一个应用程序的质量分布计算,我们描述了脆弱的彗星在接近地球的破坏的意义,作为一个更有效的(可能更频繁)的方式提供挥发物比直接影响。最后,我们应用我们的模型来量化流星体的流量从不同的流星体流,并描述的主要物理过程,有助于彗星流星体在行星际介质中的渐进衰变。
2021-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.space-ph
Photophoretic transport of hot minerals in the solar nebula
在大量彗星中发现了高温矿物,并且在星尘任务返回的Wild 2彗星样本中也发现了高温矿物。与此同时,对年轻恒星系统中热矿物质分布的观测表明,这些物质产生于原始星云的内部,并在彗星形成区向外输送。我们调查的可能性,电泳提供了一个可行的机制,运输高温材料从内太阳系的彗星形成的地区。我们使用一个网格的时间依赖磁盘模型的太阳星云量化的距离范围内,热矿物可以从磁盘的内部向其外部区域作为其大小和密度的函数。这里考虑的粒子是以聚集体的形式存在的,它们可能是由热矿物单个颗粒聚集而成的,这些颗粒的尺寸可以小到亚微米级,并在太阳星云最热的部分凝结形成。我们的粒子输运模型包括电泳,辐射压力和气体阻力。根据假设的盘参数和粒子密度,10-2到10-1 m的聚集体可以在很短的时间尺度(不超过几十万年)内到达原始星云中的日心距离高达35 AU。10-3 m粒子遵循与较大粒子相同的轨迹,但它们的最大迁移距离不超过26 AU,并且在盘中较晚的时期达到。另一方面,在太阳星云的演化过程中,10-5到10-4 m的聚集体不断被向外推。我们的模拟表明,无论采用的太阳星云模型,电泳是一种机制,可以解释热温度矿物的彗星的形成区域的存在。
2011-05-31 astro-ph.EP
Measuring the $\mathrm{^{34}S}$ and $\mathrm{^{33}S}$ isotopic ratios of volatile sulfur during planet formation
本研究利用ALMA观测Oph-IRS 48星盘中的SO和SO2同位素异构体,首次约束行星形成星盘的 $^{32}S/^{34}S$ 与 $^{32}S/^{33}S$ 比值,揭示硫储库并非必然具有太阳同位素组成。
2024-09-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Properties of Original Impactors Estimated from Three-Dimensional Analysis of Whole Stardust Tracks
本文通过三维成像和X射线荧光分析星尘号气凝胶中的完整彗星轨迹,提出估算原始撞击体尺寸、烧蚀速率及挥发物体积的方法,以支持彗星颗粒的非破坏性识别与重建。
2023-07-05 astro-ph.EP astro-ph.IM
The chemical connection between 67P/C-G and IRAS 16293-2422
恒星和行星形成系统的化学演化开始于星前阶段,并在随后的演化阶段进行。从核心到原行星盘再到行星胚胎的化学痕迹可以通过比较我们太阳系中遥远的年轻原恒星和彗星来研究。一个被认为与我们自己的系统类似的化学物质特别丰富的系统是低质量的IRAS 16293-2422。ALMA-PILS的观测使得对该系统盘尺度(< 100 AU)的化学研究成为可能。假设彗星是原生原太阳盘外部的原始示踪物,我们可以将我们的婴儿太阳系的组成与IRAS 16293-2422的组成进行比较。罗塞塔任务对67 P/C-G彗星进行了大量独特的现场测量,使其成为迄今为止最好的探测器。在此,初步比较的化学成分和同位素比值进行了总结。由于对这两个数据集的分析仍在进行中,今后仍有许多工作要做。
2018-02-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Thermochemical Stability of Low-Iron, Manganese-Enriched Olivine in Astrophysical Environments
研究了Stardust任务样品中低铁富锰橄榄石的热化学稳定性,发现其在太阳成分高温蒸气中稳定,揭示了其在原始物质和彗星样品中的形成与平衡历史。
2023-07-02 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
Clues for Solar System Formation from Meteorites and their Parent Bodies
本文综述了如何通过陨石及彗星的矿物学、元素和同位素分析,揭示太阳系形成过程、行星吸积年代学及地球挥发性元素来源。
2025-06-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Formation and evolution of a protoplanetary disk: combining observations, simulations and cosmochemical constraints
本研究提出一个与宇宙化学约束、观测和模拟兼容的原太阳盘演化模型,指出其演化过程典型,太阳系独特性源于行星形成的混沌本质。
2024-09-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Solar Elemental Abundances
太阳系元素丰度的历史回顾,并根据CI-同位素和太阳数据对元素和同位素丰度进行新的评估。太阳系元素丰度(Solar elemental abundance)是指整个太阳系中化学元素的丰度。太阳包含了太阳系中超过99%的质量,因此太阳的组成是整个太阳系组成的一个很好的代表。太阳系的组成可以看作是45.67亿年前形成太阳系的星际介质中分子云的整体组成。天文学和宇宙化学的活跃研究领域模拟太阳组成的分子云坍缩成具有行星系统的恒星,以及行星形成和分化过程中元素的物理和化学分馏。太阳系组成是太阳系中所有天体(太阳、类地行星、气态巨行星、行星卫星和卫星、小行星、柯伊伯带天体和彗星)的初始组成。(摘要截断)。
2019-12-02 astro-ph.EP astro-ph.SR
Evolution of the Solar Nebula. IX. Gradients in the Spatial Heterogeneity of the Short-Lived Radioisotopes $^{60}$Fe and $^{26}$Al and the Stable Oxygen Isotopes
短寿命放射性同位素(SLRI),如$^{60}$ Fe和$^{26}$ Al可能以空间和时间不均匀的方式注入太阳星云。边缘引力不稳定盘(MGU)是形成气体巨行星所需的类型,能够快速均匀化同位素异质性,以及快速径向运输尘埃颗粒和气体穿过原行星盘。两种不同类型的新模型的MGU盘在轨道上围绕太阳质量的原恒星。第一组具有引力势球谐解中项数的变化,有效地研究了改变导致MGU盘演化的引力矩空间分辨率的影响。第二组探讨了改变Toomre $Q$稳定性参数的初始最小值的影响,从1.4到2.5的值,即,越来越不稳定的磁盘。新模型表明,基本结果在很大程度上独立于这两组变量。MGU磁盘模型鲁棒地导致SLRI的初始高度不均匀分布的快速混合,在内部($<$ 5 AU)和外部($>$ 10 AU)磁盘区域中达到$\sim$ 10%的水平,并且在中间区域中达到甚至更低的水平($\sim$ 2%),其中重力扭矩在混合中最有效。这些梯度应该对小行星中所含的SLRI和稳定氧同位素的分布具有宇宙化学意义(例如,彗星)形成的巨行星区域($\sim$ 5至$\sim$ 10 AU)相比,在其他地方形成。
2011-07-01 astro-ph.EP
Particle transport in evolving protoplanetary disks: Implications for results from Stardust
由星尘号从彗星81 P/Wild 2带回的样本证实,在彗星形成时,有大量的结晶硅酸盐被合并到彗星中。我们调查的约束条件,这一观察放置在原行星盘物理,假设在高温下处理的粒子的向外运输发生在一个不断发展的磁盘通过平流和湍流扩散。我们还寻找粒子形成位置的约束。我们的研究结果是基于一维磁盘模型,随着时间的推移,粘度和光蒸发的作用下,和跟踪固体运输使用的合奏个别粒子的轨迹。我们发现,两类磁盘模型是一致的星尘的结果。一类特征在于高颗粒扩散率(施密特数Sc < 1),其足以使尺寸高达20微米的颗粒逆着平均气流向外扩散。对于Sc > 1,这样的模型不太可能是可行的,并且显著的向外输送要求感兴趣的颗粒沉降到经历向外气流的中平面层中。在这两类模型中,到达外盘的内盘物质的质量是盘的初始紧度的强函数。因此,稳态圆盘内的谷物运输模型低估了向外运输的效率。这两种模型都没有导致尺寸超过1毫米的非常大的颗粒的持续向外输送。我们表明,运输效率通常会随着时间的推移迅速下降。因此,高温物质必须迅速融入冰体中以避免回落,而重要的径向输送可能只发生在快速盘演化的初始阶段。它也可以根据它们的初始质量分布在盘之间显著变化。我们讨论了影响斯皮策观测的结晶硅酸盐在金牛座T磁盘。
2010-07-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
The Future of Stardust Science
最近的观测表明,太阳系中99%以上的小天体都位于太阳系的外围-柯伊伯带和奥尔特云。柯伊伯带天体可能是保存最完好的冰质微行星的代表,这些微行星在早期太阳系的大部分固体质量中占据主导地位。它们可能包含了从原太阳云继承下来的保存物质,自太阳系形成以来一直保存在低温储存中。尽管它们很重要,但与以陨石为代表的小行星相比,它们在我们收集的地外样品中的代表性相对不足,数量级很多(按质量计,$\sim$ 10 $^{13}$),小行星由通常经过热和水过程强烈改变的材料组成。我们对柯伊伯带天体的理解才刚刚开始触及表面,但已经很清楚的是,我们实验室中非常有限的样本有望极大地扩展我们对太阳系形成的理解。星尘号从已知的太阳系小天体--彗星族彗星81 P/Wild 2--带回了第一批样品,并在一个单独的收集器中从当地的星际介质带回了第一批固体样品。星尘研究的第一个十年产生了超过142篇同行评议的出版物,其中包括15篇科学论文。对这些令人惊叹的样本的分析不断产生意想不到的发现,并提出了关于早期太阳系历史的新问题。我们为未来的星尘分析确定了9个高优先级的科学目标,以解决行星科学中尚未解决的重要问题。
2017-04-06 astro-ph.EP
Cosmic Ray Induced Mass-Independent Oxygen Isotope Exchange: A Novel Mechanism for Producing $^{16}$O depletions in the Early Solar System
我们太阳系形成的一个基本难题是理解为什么与太阳相比,包括行星、彗星和小行星在内的地球天体中的$^{16}$ O会减少。最受欢迎的机制是CO气体的选择性光解产生$^{16}$ O贫化水,需要精细调整的混合时间尺度来将$^{16}$ O贫化水从寒冷的外太阳系输送到与尘埃颗粒进行同位素交换,以产生今天观察到的$^{16}$ O贫化行星体。在这里,我们表明,高能粒子辐照的SiO $_2$(和Al $_2$ O $_3$)使它们容易与H $_2$ O冰在温度低至10 K的异常同位素交换。观测到的异常同位素交换量(D $^{16}$ O)足以产生太阳系中地球天体的$^{16}$ O耗尽特征。我们计算了宇宙射线曝光时间所需的产生观测到的$^{16}$ O耗尽硅酸盐(SiO2)尘埃在星际介质和早期太阳系,并发现辐射损伤引起的氧同位素交换可以迅速(~10 - 100年)耗尽$^{16}$ O尘埃颗粒在太阳的T-金牛相位。我们的模型解释了为什么在太阳系中发现的最古老和最难熔的矿物,无水钙铝夹杂物(CAIs),通常是$^{16}$ O富集相比,球粒和散装陆地固体,并提供了一个机制,生产$^{16}$ O耗尽颗粒非常早在太阳系的历史。我们的发现对氧同位素在太阳系、星际介质、行星的形成及其组成部分以及质量无关同位素效应的性质具有广泛的意义。
2021-09-10 astro-ph.EP astro-ph.HE