向我们讲述太阳系起源的最小微粒

早期太阳系的信使

这一发现不仅出乎意外，并且传达了一个很有价值的信息：材料的特质表明，灰尘中的有机成分要么于刚成型的太阳周围的尘埃带中形成，要么形成于更早的星际尘埃中，后来成为了我们的太阳系。这些结果展示在Fray和他的合著者刊登在《自然》期刊的文章中。来自马普所从事太阳系研究的Martin  Hilchenbach补充道，在尘埃颗粒被彗星释放出来之后，会静静等待数十亿年，直到被COSIMA捕获。

来自意大利Osservato天文观测中心的Marco Fulle也得出了非常类似的观点，研究彗星及其尘埃的专家与他的团队分析了Rosetta探测器上的CIADA收集的数据，并借助模型得出了彗星构成的结论。

这一结论既是意料之内的却又是一个惊喜：如普遍认为的那样，彗星67P由岩石和冰块构成。初步研究还猜测，这类天体主要由嵌在尘埃中的冰块构成（也被描述为脏雪球），这与航天器的发现结果正好相反。Marco Fulle的模型也表示小冰块上一定会带有尘埃块——因此彗星更像一个结冰的岩石块。此外有机材料占到彗星体积的一半，与地球上的岩石截然不同。

灰尘的微观结构

有机物对彗星的产生和特性有何种影响，还有待研究。在“星际尘埃”发展成星际尘团甚至更大的个体期间，有机物可以充当粘合剂的角色，把那些岩石体粘连起来。

这些岩石体在Marco Fulle的模型中占比30%。剩下的彗星组成物是不同形式的冰，在低温的情况下冰是彗星的主要组成部分，这其中不仅有水的固态，也有二氧化碳的固态形式。根据Fulle的模型，彗星中的小灰尘结构和早期的太阳系灰尘的理论计算结构是一致的。这进一步表明，Rosetta中尘埃分析装置所研究的微粒似乎数十亿年以来从未改变。

我们把灰尘的这一部分放在放大镜下观察其微观结构。MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System，微成相尘埃分析系统) 揭露了彗星最小的灰尘的结构，在这幅图中展示的较大的一部分大致相当于是微小灰尘的大小，由许多更小的单元组成，而这些单元差不多是最小的个体了。尘埃的颜色是最深的黑色，如图1所示b, c和d就是尘埃团，这是对抱团在一起的小尘埃块的命名。。

位于奥地利格拉茨的宇宙研究学院的MIDAS科研负责人Mark  S.  Bentley在他近期在《自然》期刊上发表的文章中表示，彗星67P由灰尘构成并不断的积累。其中10微米大小的尘埃较多，其亚结构大小在1微米级范围。这样的尘埃亚结构又由几百纳米大小的组分构成。这样的结构可以细分到什么程度以及最小成分的大小都还是未知的。除了“Rosetta任务”以外的各种不同的分析显示，最小的构成组分应该是纳米级的，与最小的病毒大小相当。

MIDAS和COSIMA发现的尘埃微粒是如何抱团成为尘埃块的呢？形成行星的最初步骤是什么？太阳系初期状态模拟和尘埃团块成长实验一同展现了第一步是如何演变的：在太阳系的早期，年轻的太阳被气体和尘埃包围着。微粒尘埃伴随气体环绕太阳运动。他们的相对速度非常慢，以至于两颗尘埃微粒碰撞并粘附在了一起，渐渐的产生了具有分形结构的尘埃块。

分形结构可以在自然界的多个领域找到。他的原始形态尤其容易被找到：例如雪花的每一个角都表现出一样的形状，每一级放大体也都是一样的。所谓统计学分形则没有完全相同的规率，而只在统计学意义上显现出一样的结构。例如我们根据其特征把某条海岸线看作统计分形。人们估计太阳星云中的尘埃块也是统计学分形结构。

事实上这一具有特性的结构在67P彗星的尘埃中被发现。MIDAS的原子力显微镜拍下了一个这样的微粒。这种微粒的极疏松性立刻吸引了人们的注意，它几乎是可以透视的。

难以想象结构如此脆弱的微粒能太阳系形成之初存留至今。研究太阳系初期尘埃演变的科学家们认为，大型分形结构尘埃在与其他微粒撞击时变得紧凑，失去了分形结构。这些尘埃微粒多数大小为几厘米，根据Macro Fulle的观点，他们有可能是现今太阳系内任何物体的基石。由此说来，图2图3中所见尘埃微粒皆是较大尘埃块的碎片。

每一个67P彗星上的分形尘埃微粒必定都经过撞击并直接沉积于彗星表面。他们因此得以在数十亿年间保留其形状。由此，分形微粒带我们看到了太阳系初期物体的演进阶段。成簇的紧凑尘埃揭示了演进步伐的下一个阶段。彗星的结构证实了早期那些环绕太阳运行的大至千米级的星体的构成方式。

“Rossetta任务”的探测结果让我们开启了一次回到太阳系形成初期的时光之旅。尽管我们尚未完全揭开行星体系的形成过程的奥秘，但答案正逐渐浮出水面。

对于67P彗星尘埃的分析给了我们一个清晰的总览：在太阳系早期，最微小的尘埃颗粒集结成了大的团块。最初成型的是疏松的分形结构，而后演变为大型致密尘埃块。这些尘埃块主要由有机分子组成，同时也含有类似于岩石的耐热材料和冰。这些尘埃块很有可能是太阳系中所有物体的基石，不仅是彗星，还有月球和行星以及我们的地球。