圖片來源：SLAC 國家加速器實驗室
當一塊太空岩石在穿過地球大氣層的湍流通道中倖存下來並撞擊地表時，它會產生衝擊波，可以壓縮和轉化地殼中的礦物質。由於這些變化取決於撞擊時產生的壓力，專家們可以利用地球礦物的特徵來了解隕石的生命故事，從碰撞的那一刻一直到天體起源的條件。
能源部 SLAC 國家加速器實驗室的科學家阿里安娜·格里森 (Arianna Gleason) 說：“如果你將普通礦物與隕石撞擊中的礦物進行比較，你會發現震驚的礦物有一些獨特的特徵。” “在外面，它們保留了一些原始的結晶形式，但在裡面它們變得雜亂無章，充滿了美麗的連鎖線性結構，稱為薄片。”
斜長石是地殼中最豐富的礦物，是繪製更全面的隕石撞擊圖的最常用礦物之一。然而，這種礦物失去其結晶形狀並變得無序的壓力——以及這個稱為非晶化的過程如何發揮作用——是持續爭論的主題。
在一項新實驗中，SLAC 研究人員在實驗室中模擬了隕石撞擊，以探索斜長石在衝擊壓縮過程中如何轉變。他們發現非晶化開始的壓力遠低於先前假設的。他們還發現，在釋放後，該材料會部分重結晶回原來的形狀，這表明了一種記憶效應，可以潛在地用於材料科學應用。他們的結果今天發表在Meteoritics and Planetary Science上，可能會導致更準確的模型來了解隕石的影響，包括流星的移動速度以及它們在碰撞時產生的壓力。
“新工具和技術的開發使我們能夠在實驗室中重現這些影響，以獲取新資訊並更詳細地瞭解正在發生的事情，”共同領導該研究的 SLAC 科學家 Roberto Alonso-Mori 說。“它真的讓天文學和行星科學觸手可及。”
指紋礦物
研究人員使用 SLAC 直線加速器相干光源 (LCLS) X 射線鐳射器的極端條件物質 (MEC) 儀器，用高功率光學鐳射撞擊斜長石樣品，以透過它傳送衝擊波。當衝擊波穿過樣品時，研究人員在不同時間點擁有來自 LCLS 的超快 X 射線鐳射脈衝撞擊樣品。然後這些 X 射線中的一些散射到探測器中並形成衍射圖案。
“就像每個人都有自己的一套指紋一樣，每種礦物的原子結構都是獨一無二的，”格里森說。“衍射圖案揭示了這種指紋，使我們能夠跟蹤樣品的原子如何響應衝擊波產生的壓力而重新排列。”
研究人員還可以將光學鐳射器調整到不同的能量，以觀察衍射圖案在不同壓力下的變化。
“我們的實驗讓我們能夠看到實際發生的非晶化，”Alonso-Mori 說。“我們發現它實際上開始時的壓力比我們想象的要低。我們還發現開始和結束時的‘指紋’非常相似，這為我們提供了材料中存在記憶效應的證據。它改變了我們對不同衝擊的看法這些過程的各個階段，並將幫助我們改進我們用來理解這些影響的模型。”
毀滅之美
在後續實驗中，研究人員計劃捕捉和分析撞擊過程中產生的碎片資訊。這將使他們能夠更全面地瞭解影響，並與專家在該領域可能發現的情況進行並排比較，以進一步改進隕石碰撞模型。他們還計劃探索其他礦物並使用更強大的鐳射和更大量的材料，這可以提供對諸如行星形成等更大規模過程的洞察。
格里森補充說，她對這項研究可以揭示不僅在地球上而且在其他行星和外星體上發現的礦物質感到興奮。進一步瞭解這些礦物如何受到極端影響的影響，可以解開有關天體物理現象的新資訊。
“我記得在本科時學習礦物學和岩石學，並透過顯微鏡觀察這些礦物。當我們改變照明時，我們照亮了所有這些美麗的細節，”她說。“現在我們能夠在原子層面上理解這些錯綜複雜、華麗的結構是如何形成的，事實上，它與這個極端的、驚天動地的過程有關。令人著迷的是，如此具有破壞性的東西會產生如此微妙的東西和美麗。”
