来自星星的钻石——失落行星最后的遗产
太长不看版
1.地球其实有一个早夭的兄弟。
2.这颗行星早已不复存在，但曾经在其地幔中形成的钻石却随陨石掉落在地球保留下来。
3.科学家通过对陨石里钻石的研究，确定了其母星球的大小介于水星与火星之间。
地球是一张舞台，生物界的繁荣明灭则是这台上的舞曲。我们的祖先一路走来，在亿万年的演化乐章中幸存至今，一路的定数与巧合足以令人唏嘘。可更大的事实是——这张舞台本身便是一个幸存者。它有其自身的过往，而且在这段过往里，也不乏其自身的幸运。
早期太阳系的艺术想象图。图片来源：NASA/SOFIA/Lynette Cook
太阳系只有8颗行星，这是一个看似稀松平常，仔细一想却有点不太对劲的事实。按照天体演化理论，太阳系内物质的总量足以凝聚出成千上百个类似今日水星大小的原行星，别的不说，以我们如今已大量发现的系外行星系统的例子来看，光水星和太阳之间0.4 AU（1 AU约为太阳和地球的平均距离）的距离里，再有几颗行星也是毫不奇怪的。可这些原行星去了哪儿呢？放眼夜空，除了已知的8颗行星以外，其他的一个都找不到。它们早就毁灭了。
在太阳系历史头1/10的时间里，它们统统消亡殆尽。在这场被称为“冥古宙”的宇宙浩劫中，只有区区8个幸运儿成为游戏的最终赢家，在后续的太平岁月里，回荡着波澜不惊，甚至还保有一丝精妙与和谐的余波。
现在的太阳系只有8颗行星。图片来源：Reddit
要想证明这些“失落的行星”曾经存在过，需要扎实的证据。很难想象，早已毁灭的原行星的残片，居然真的以实物的形式保存了下来。
2018年4月17日，瑞典的法尔汉·纳比埃教授率领的科研团队在《自然·通讯》上发表文章，报道了对冥古宙原行星遗存物质的研究。这些物质太过微小，以至于只能在电子显微镜下才能一睹端倪；可它的母星却十分庞大，庞大到足以与今日的8颗行星并踵齐驱。
这份渺小的遗产，是来自宇宙的钻石。
来自宇宙的钻石微粒，能否透露早期太阳系失落行星的秘密？图片来源：SEBASTIAN KAULITZKI/SCIENCE PHOTO LIBRARY
每一颗钻石都是苦难的孩子
没有人会对钻石二字感到陌生。在地球文明的叙事里，它代表着富有、价值和举世罕存的稀缺性。可这稀缺性表现在哪儿呢？显然不是构成钻石的碳元素本身——生物体内本来就含有大量的碳，黑煤和石墨更是唾手可得。钻石的真正稀缺之处，在于其形成所需的苛刻条件。
它们必须在极高的压力下才能形成——同时，还要辅以一定的温度和还原性化学环境，以便把自然界大部分以有机物或碳酸根形式赋存的高价碳，还原为结晶单质所需的0价碳。除了人类建造的实验室，地球上真正能稳定生产钻石的高压环境，也就只有地幔了。
道理很简单，越往地下深处走，温度和压力就越高。而另一方面，氧气则是地表的特产，它氧化不到地球深处呈还原态的地幔。于是在地幔中，当深度超过某个临界面的时候，赋存于其中的碳元素便会发生相变，凝成闪烁着金刚光泽的正八面体。
钻石在地幔中形成；图片来源：Geology.com
除了地幔外，还有一种情况也能满足超高压条件，只不过这种方式太极端了——那就是天体撞击。
小天体撞击地球。来源：www.britannica.com
试想，一颗巨大的小行星砸下来，在撞击的瞬间，天体与地表的接触点是一种什么样的状况呢？更加毋庸多言的是：地表的碳显然比地幔更泛滥。位于俄罗斯西伯利亚的波皮盖陨石坑（Popigai crater），就是地球上有名的一处由于陨石撞击形成的钻石矿藏。波皮盖陨石坑直径约100千米，形成于距今约3500万年前的晚始新纪，肇事撞击体据推测直径可达约5-8千米，在这个陨石坑中发现的钻石聚合体长度多在0.5-2毫米之间，最长能有10毫米[3]。
（左）位于俄罗斯西伯利亚波皮盖陨石坑，来源：维基；（右）波皮盖陨石坑中发现的钻石，来源：参考文献[3]
遗落在尘世的钻石，
是亡者的舍利
类似的情况并非地球独有。任何岩质星球，只要含碳，能够提供高压，那么钻石不过是温度、压力、化学环境等一系列因素的结果罢了。换句话说，在地球以外的其他地方，一样会有钻石形成。
法尔汗·纳比埃教授研究的这一批钻石，就并非来自于地球，而是在一批陨石里发现的。这批陨石散落在北非的苏丹沙漠之中，被称为“第六站”（Almahata Sitta）。而它们的母体，则是一颗陨落于2008年的小行星——2008 TC3。
2008 TC3坠落地球后留下的陨石碎块，于2009年2月28日在北非的苏丹沙漠中被人寻获。图片来源：NASA/SETI/P. Jenniskens
陨石里含有钻石，说明这陨石当年受到过高压环境的蹂躏，这些钻石是如何形成的？摆在科学家面前的有三种可能：
1.它们是在母天体的地幔深处受到稳定加温加压所形成的；
2.它们是在这颗天体撞击地球的过程中，受到巨大冲击力而形成的;
3.它们是太阳系形成早期，太阳星云中富含碳的气体经过化学挥发和凝华而形成的。
好在钻石自己会说话。如果说钻石形成与否取决于温压条件，那么它最终能长多大，就要由另一个变量说了算了。这个变量是时间。
地幔深处千百万年的“小火慢炖”，与几秒钟之内的瞬间撞击，或者时间略长一些的星云冷凝，在时间尺度上显然不是一回事。这三种方式最终产生的晶体，在个头上一定有所差别。
陨石中发现的这些钻石聚合体中的单晶很大，其长度足足接近100微米。这般大小不可能是短时间形成的（例如，波皮盖陨石坑中发现的钻石聚合体虽然最长可以达10毫米，但单晶最大也就50纳米而已[3]），表明它们只可能来自母体星球的深部地幔。
彩色扫描透射电子显微镜图像显示阿尔玛塔锡塔陨石中的钻石。图片来源：法尔汉·纳比埃
更有意思的是，这些钻石本身还自带“夹心效果”——里面包裹了一些铁与硫的化合物。研究团队通过计算钻石的体积和压力的对应关系，并通过这些铁硫化合物所反馈出的压力阈值，进一步验证了这么一个事实：这些钻石，应该形成于20Gpa的高压下。
地幔压力达到20Gpa，是个什么概念呢？不妨换一个说法：如果把这颗母体星球放到今日的8颗行星之间，它不会是个头最小的那个。
早夭的兄弟比水星大
从左至右依次为地球、火星、金星和水星。2008 TC3母体星球的体积介于火星和水星之间。图片来源：lesud.com
这颗古老行星体积的下限是今日的水星，而上限则足足有我们的邻居——火星那么大。如果把它放在金星轨道上，从地球上看过去，其亮度甚至会超过北斗七星，想必会成为另一颗璀璨而又美丽的亮星吧。只不过，它消失了。今日这片饱受着人类注目礼的夜空，注定只属于8个幸运儿，而不属于早在冥古宙就已经粉身碎骨的出局者。
它没有熬到太阳系孕育出文明的那一刻，便早早地崩裂了。它成为支离破碎的残骸、幽灵般游荡的裸岩。它怀揣着钻石的星尘，漂浮于无声的宇宙中，这一漂就是40亿年。直至公元2008年，它进入地球的引力范围，迎来又一次久违的撞击。
“第六站”（Almahata Sitta）的陨石；图片来源： Peter Jenniskens.
这一次，撞击物是地球。而常识告诉我们：撞击与毁灭，从来都是一对不分你我的同义词。
果然，在它落下的时候，人类欢呼了。但它永远不可能明白，这些欢呼的缘由，并不是人类庆祝自身躲过了一场末世浩劫——事实更加讽刺，他们欢呼，仅仅是因为看到了一颗璀璨的火流星从天边一闪而过。
而流星是许愿的代名词，它代表着对美好未来的期许。
图片来源：American Meteor Society
第六站陨星已经没有未来了。坠入地面的它，甚至连静静飘荡于宇宙的权利也成为了过去式。在地表迎接它的将是残酷的风化作用。不久之后，它的躯体——连同自身珍藏的钻石一道——将被悉数分解为毫无意义的尘埃，然后融入地球的岩石圈，埋藏、熔化，直至成为和本土岩浆没有任何区别的物质。一个古老的世界就此陨落，无声无息，再不能续写它的下一个篇章。
只不过立场二字向来是一种很微妙的东西。生命们会说：大撞击时代的咆哮，其实是孕育生机的颂歌。从这层意义上，带着那些钻石坠落地球的那颗火流星，的确实现了人们的最终愿望——毕竟，能够站在星空下安静地许愿，本身就是幸运儿们独有的特权。
作者：溯鹰
编辑：Tisney, haibaraemily
一个AI
宇宙万物，多少因缘际会，才诞生一个你，给我争点气吧！
本文首发于果壳网
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参考
[1] Lost planet gave birth to space rock’s diamonds
https://www.nature.com/articles/d41586-018-04728-7
[2] Nabiei, F., Badro, J., Dennenwaldt, T., Oveisi, E., Cantoni, M., Hébert, C., ... & Gillet, P. (2018). A large planetary body inferred from diamond inclusions in a ureilite meteorite. Nature communications, 9(1), 1327. https://www.nature.com/articles/s41467-018-03808-6
[3] Ohfuji, H., Irifune, T., Litasov, K. D., Yamashita, T., Isobe, F., Afanasiev, V. P., & Pokhilenko, N. P. (2015). Natural occurrence of pure nano-polycrystalline diamond from impact crater. Scientific reports, 5, 14702.