太阳系的计时器
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藏在石头里的秘密
先秦诸子百家之一佼所著《佼子》中提到“四方上下曰宇，往古来今曰宙”。宇宙，是一个令人充满好奇与惊叹的时空。
无垠的星海中，有一类被称为造父变星的恒星，其亮度随时间发生周期性变化。通过研究造父变星的光度和周期之间的关系，天文学家能够揭示星系和星团之间的距离。这些神奇的造父变星被誉为“宇宙的量天尺”。
然而，仅仅测量距离并不能完整地还原宇宙的故事。为了更深刻地理解宇宙的起源和演化，我们需要聚焦人类的家园——太阳系。天体化学家们拥有一种独特的“法宝”，使用放射性同位素来确定岩石和矿物的年龄。不同的放射性同位素体系仿佛太阳系中安放的天然“计时器”，记录了天体上产生的岩浆活动、天体之间的碰撞以及发生的化学反应，使得天体化学家能够从时间的维度解密太阳系的形成和演化历史。
长寿期同位素：太阳系的“时钟”
天体化学家掌握各种各样的计时器，其中最常用的是铀-铅（U-Pb）定年法（还有87Rb-87Sr和40K-40Ar等）。以富铀矿物锆石为例，简述定年原理如下：当锆石形成时，会捕获一定比例的铀元素。天然铀元素包含了235U和238U两个放射性同位素，随着时间流逝，它们会依照各自的速率（一定的半衰期，即放射性原子核半数发生衰变需要的时间）分别衰变为207Pb和206Pb。
通过质谱仪测量矿物中的同位素比值，就可以计算出矿物或岩石的形成时间。
短寿期同位素：太阳系的“秒表”
上述放射性同位素的半衰期很长（238U和235U的半衰期分别长达约45亿年和7亿年），对于太阳系几十亿年以来发生的事件可以进行精确定年，但是对于发生在太阳系最初几百万至几千万年内的事件，那些长寿期同位素的精度就不够了。此时大自然“贴心”安放了另一类计时器——短寿期放射性同位素。
这些核素的衰变速率非常快，现在已经灭绝了，故也称灭绝核素。尽管它们早已衰变完，但是我们根据它们衰变后的同位素子体，能推测它们在太阳系早期存在过。
陨石的宇宙射线暴露年龄
当陨石从母体中被撞击出来后，便在太空中漫游，不断遭受宇宙射线轰击。宇宙射线与陨石表面的原子相互作用，生成一些宇宙成因核素，如3He，10Be，14C，21Ne，26Al和26Cl等。通过测量这些宇宙成因核素的含量和生成速率，就可以估算出陨石暴露在宇宙射线下的时间，即陨石在太空中漫游的时间。
陨石的居地年龄
当陨石坠落于地表后，由于地球大气层的屏蔽，不再与宇宙射线相互作用，因此宇宙成因核素不再增加。这时那些宇宙成因的放射性核素（如14C，10Be和36Cl等）开始衰变，通过测定这些核素的浓度，就可以估算陨石掉落在地球上的时间。沙漠陨石（在沙漠发现的陨石）的居地年龄通常大于5万年，一些甚至可以达到25万年。
而南极陨石（在南极发现的陨石）的居地年龄可以长达200万年，这表明干燥而寒冷的南极就像一个天然的大冰柜可以更长久地保存陨石。
结语
放射性同位素如同宇宙中的时空旅行者，为我们揭示了宇宙从远古的星系到太阳系的形成演化等历程。这些太阳系的计时器承载着亿万年前的秘密，让天体化学家得以从时间的长江中解读宇宙的篇章。