并非所有小行星都像好莱坞太空歌剧和科幻电子游戏中看到的那样，是由岩石碎块堆积而成。有些是由更坚硬的物质构成：铁和镍，这些原材料集中在世界致密、隐藏的中心。我们太阳系中的这些重金属成员被认为是长期消失的星球核心被巨大撞击破碎后形成的碎片，是来自时间和空间深处，否则无法接近的使者，它们存在于数十亿年前的过去——或世界表面数千公里之下。除了实际访问这些奇异的物体，没有其他方法可以直接研究行星的这些至关重要的组成部分。
这就是为什么NASA现在正致力于向灵神星，太阳系中最大的金属小行星发射探测器。同名的航天器最早将于2022年发射，它将围绕这颗直径226公里的铁镍巨兽运行，以期了解它和其他金属小行星在组装我们所知的太阳系中所扮演的角色。通过了解灵神星是如何形成的，科学家们或许能够解释包括我们熟悉的地球在内的，近在咫尺和遥远世界的内心深处。然而，当航天器抵达时，它可能会迎接一些截然不同的景象：一个由“铁火山活动”塑造的地貌，那是暴露的核心冷却时发生的液态铁喷发。
最近的两项研究表明，曾经有一段时间，这种迄今为止未知的过程发生在灵神星及其近亲身上。尽管其产物尚未被直接观察到，但已经清楚的是，这种火山活动与科学家们以前遇到的任何事物都不同。正如布朗大学行星科学助理教授布兰登·约翰逊所说，这种重金属喷发风格就像“将火山活动调到最大。”
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了解这种喷发是否真的发生在灵神星上，不仅仅是为了满足科学家的好奇心。找到铁火山活动的直接证据可以改写行星核心的起源故事，同时可能为地球物理科学中长期存在的谜团提供新的答案。因此，搜寻开始了。 琳迪·埃尔金斯-坦顿，NASA 灵神星任务的首席研究员现在表示，她和她的同事们将搜索金属小行星表面古代铁火山活动的迹象，希望能有“令人难以置信的美丽”的发现。
冷静下来，灵神星
灵神星可能经历了极其动荡的45亿年。它形成于太阳系诞生之初，可能曾经有一个硅酸盐岩石外壳包裹着一个金属核心。然而，它注定无法成为一颗成熟的行星。
伦敦帝国学院高级讲师兼陨石专家马修·根格说：“早期的太阳系有点像碰碰车。” 许多其他胚胎世界会在数百万年的时间里撞击原灵神星，剥离除熔融核心之外的所有物质。然后，这个核心继续冷却并最终冻结，留下了铁镍灵神星。
这种破坏性历史的极端性引起了一些科学家的思考。加州大学圣克鲁兹分校行星科学研究生雅各布·亚伯拉罕一直在思考NASA即将对灵神星的访问，并想知道金属小行星的冷却历史会是什么样的。
亚伯拉罕和他的导师弗朗西斯·尼莫采用了简化金属小行星的物理性质，将它们输入一系列数学模型，并观察了如果它从外向内冷却会发生什么。在变成一个剥离的金属核心后，这颗小行星逐渐冻结和收缩，在其外壳上产生裂缝。内部熔融铁的口袋，被这个坚固的外层困住，会像所有天然漂浮的流体一样，试图通过裂缝逃逸到表面。这些虚拟小行星的大小与灵神星相当，这让亚伯拉罕和尼莫怀疑同样的场景也可能在现实中上演。
液态铁熔岩听起来可能很奇怪，但“如果铁是唯一一种无法从某物中喷发出来的东西，那将是不可思议的，”亚伯拉罕说。不仅数学支持这一观点——水星的古代历史也支持。
行星或小行星的冷却方式对其演化至关重要。地球形成超过45亿年后，其核心仍在冷却，因为我们星球的巨大体积有助于减少内部热量向外流失，使其成为一种比喻意义上的涓涓细流。然而，矮小的水星却有所不同。它的小尺寸使其内部热量逸出，导致其相对超大的铁镍核心冻结和收缩。这种收缩向内拉动上覆的地幔和地壳，导致整个行星表面收缩，关闭了曾经是岩浆向上流动的通道的裂缝。地表火山活动本应停止——然而水星仍然带有收缩后火山活动的迹象（尽管是古代的）。
看来岩浆可以通过通道逃逸到表面，即使许多裂缝被挤压关闭。如果这适用于水星，那么它也可能适用于灵神星。“水星是我们解释这种火山活动为何有效的最主要例子，”亚伯拉罕说。他的研究即将在地球物理研究快报上发表。
在进行这些计算的同时，约翰逊和他的同事们也在思考灵神星的奇特之处。对灵神星密度的最佳估计只有铁陨石密度的一半左右，因此要么这颗小行星多孔得令人费解，要么其他一些因素深刻地改变了它的内部结构——但究竟是什么呢？约翰逊陷入了“科学思想的兔子洞”，开始重建灵神星究竟是如何冷却的机制。
约翰逊今年早些时候在德克萨斯州伍德兰兹举行的第50届月球与行星科学会议上介绍了他的独立研究。他的团队使用了类似的建模方法，提出了几乎相同的假设，发现熔融的富硫铁和镍可以通过火山脉络传播到地表。他们还认为，如果灵神星仍然有一个岩石地幔层，并且铁火山活动将深层内部的金属转移到地表，那么灵神星异常低的密度就可以得到解释。
此外，在太阳系早期，放射性同位素铝-26使许多大型岩石或金属天体的核心保持熔融状态。约翰逊说，这也将成为“铁火山活动的驱动力”。
重金属火山活动
埃尔金斯-坦顿解释说，她和她的同事之前研究过富硫岩浆的行为，但这些关于富铁流体的初步计算是新颖的，“真的令人兴奋”。她说，它们是“真正能清晰地揭示天体热历史的线索，而其他事物则不然”，而且其影响可能是深远的。
铁火山活动可能会改变行星的成分。根格指出，小行星的引力场相当弱，这意味着它们的许多物质可以被喷射到太空。将核心物质通过铁火山活动喷射到太空将使这种物质移除更加高效。如果一个暴露的核心与其他岩石物质聚集在一起并形成一颗行星，那么这颗行星的成分将与那些核心从未被早期太阳系的暴力活动暴露出来的行星截然不同。
根格认为，这适用于核心中的微量元素，如氧和硫，其中一些对于生物过程至关重要。如果铁火山活动将它们排出，那么这可能会限制由此产生的行星上生命的出现和进化。
铁火山活动还可以解释在地球陨石样本中看到的奇怪特征。橄榄陨石是一类被认为是核心和地幔物质混合物的陨石，但这种混合物实际上是如何产生的还远不清楚。约翰逊认为，铁火山活动可能是核心和地幔物质混合在一起的一种方式。与此同时，球粒陨石——常见的石陨石——也布满了圆形、闪亮的内含物，称为球粒，其中一些富含铁镍。尽管人们怀疑它们是在富含金属的小行星相互撞击时形成的，导致液态金属像霰弹一样喷射出来，然后在寒冷的深空中瞬间冻结，但根格认为，这种球粒可能是铁火山活动的结果。
说到陨石，仍然存在许多谜团。毕竟，陨石只是较大天体的弹片，埃尔金斯-坦顿说。“更多关于更大的拼图可能是什么的想法将有助于我们理解我们已经拥有的碎片，”她说。
古代铁河
证据在于结果。NASA火山学家帕特里克·惠利说，现代灵神星上的铁火山活动将是“一个很大的惊喜”，他还补充说，如果内部深处仍有足够的放射性同位素在衰变，这并非不可能。尽管如此，灵神星内部积聚的热量更有可能在亿万年前就已渗出。
然而，即使在今天，它的残余物可能仍然存在——即使没有人期望看到一座完全成熟的死火山。液态铁的粘度非常低，因此它更可能在裂缝附近积聚，而不是堆积起任何类似于熟悉的硅酸盐基火山渣锥的东西。任何铁斑块都可能是仍然附着在灵神星上的火山喷溅物，开放大学行星地球科学教授大卫·罗瑟里说，“如果我们看到它们，那将非常具有启发性”。然而，这种地貌更可能被数百万年来的撞击轰击所摧毁。他保守地猜测，“当我们观察灵神星时，我们不会看到看起来像死火山的明显迹象……但我很乐意被证明是错的。”
对灵神星磁场的测量可能为寻找过去的液态铁喷发提供更有希望的途径。从外向内的冷却机制可能使靠近地表的某些晶体火山矿物保留部分冻结液态核心的明显磁性印记。这些相同的矿物也将带有独特的色调、纹理和地球化学指纹，以将它们识别为铁火山活动的产物。当NASA的航天器进入灵神星轨道时，这些类型的数据有望触手可及。
尽管亚伯拉罕认为，大量收集的陨石可能是寻找铁火山活动证据的更有效场所，但他仍然对从那个古老的金属世界收集到的证据抱有希望。金属陨石通常是在世界大小的慢炖锅中经过亿万年的逐渐混合、还原和凝固的结果。相比之下，铁火山熔岩是初始成分的快速翻炒版本——因为它们应该更接近核心原始的、原始的化学成分。这意味着来自灵神星的样本可能记录了核心随时间演化的过程，揭示了行星诞生漫长而模糊的历史中失落的一章。
这一切都有点推测性，铁火山活动可能存在目前仅基于一些数学模型。由于我们尚未访问过金属小行星，因此任何人很难有信心地说我们最终可能会发现什么。“我们可能太天真了，不知道我们将会学到什么，”罗瑟里说。“我们发现的东西可能不是我们想象的东西。”