很久以前——在人类、地球甚至太阳出现之前——就存在星尘。
随着太阳系年轻世界的形成，当这些天体膨胀成我们今天所知的太阳、行星和月球时，它们吞噬了大部分星尘。但有些星尘得以保存下来，完好无损，保持原始形态，被锁在古代陨石等地方。
科学家称之为“太阳前尘埃”，因为它形成于太阳之前。一些太阳前尘埃颗粒含有微小的碳，如金刚石或石墨；另一些则含有硅或钛等多种元素。其中一种形式包含一种奇特且特别坚固的材料，称为碳化钛，用于地球上的机床。
现在，物理学家和工程师认为他们已经了解了这些特定尘埃颗粒的形成方式。在一项今天发表在《科学进展》杂志上的研究中，研究人员认为他们可以利用这些知识在地球上制造出更好的材料。
这些尘埃颗粒极其罕见且极其微小，通常比头发丝还细。“它们在太阳系形成时就已存在，并在该过程中得以保存，现在可以在原始太阳系物质中找到，”例如陨石，卡内基科学研究所的天体物理学家 Jens Barosch 说，他没有参与这项研究。
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该研究的作者深入研究了一种独特的尘埃颗粒，其核心是碳化钛——钛和碳结合而成的一种坚固的、陶瓷状的材料，其硬度几乎与金刚石相当——外面包裹着一层石墨。有时，数十甚至数百个这样的碳包覆核心会聚集在一起形成更大的颗粒。
但是，碳化钛尘埃颗粒最初是如何形成的呢？到目前为止，科学家们还没有确切的答案。在地球上进行测试很困难，因为潜在的尘埃制造者必须应对重力——而这些尘埃颗粒最初形成时并没有受到重力的影响。但是，科学家现在可以去一个重力不是问题的领域。
2019 年 6 月 24 日，一枚探空火箭从基律纳发射，这是一个位于北极圈以北的寒冷瑞典小镇。这枚火箭没有进入轨道。与许多之前和之后的火箭一样，它在天空中划出一道弧线，达到约 150 英里的高度，然后返回。
尽管如此，这次短暂的飞行足以让火箭的组件获得宇航员在轨道上体验到的微重力。其中一个组件是一个装置，科学家可以在其中培养尘埃颗粒并记录过程。
“微重力实验对于理解尘埃形成至关重要，”北海道大学物理学家、该论文的作者之一 Yuki Kimura 说。
发射后仅仅三个多小时，包括六分半钟的微重力时间，火箭降落在距离发射地点约 46 英里处。Kimura 和他的同事将回收的尘埃颗粒送往日本进行分析。通过这张照片以及之后在地球实验室进行的测试，该小组拼凑出了碳化钛尘埃颗粒的制作配方。
这个配方可能如下：首先，从碳原子（石墨形式）的核心开始；其次，在碳核心上撒上钛，直到两种原子开始混合并形成碳化钛；第三，将许多这些核心熔合在一起，并用石墨覆盖它们，直到得到一个大小合适的颗粒。
能够一窥这些古老物质的形成方式很有趣，但天文学家并不是唯一关心此事的人。Kimura 和他的同事也认为，理解这一过程可以帮助工程师和建造者在地球上制造出更好的材料——因为我们已经在制造与尘埃颗粒极其相似的颗粒。
它们被称为纳米粒子，已经存在了几十年。科学家可以将它们添加到聚合物（如塑料）中以增强其强度。道路建造者可以使用它们来加固他们脚下的沥青。医生甚至可以将它们植入人体，以递送药物或帮助成像难以看到的身体部位。
通常，工程师通过在液体溶液中生长来制造纳米粒子。“这种方法的对环境的巨大影响，例如液体废物，已经成为一个问题，”Kimura 说。因此，星尘可以帮助减少这种废物。
机床工人已经在使用由碳化钛纳米粒子涂层强化的工具。就像金刚石一样，碳化钛有助于那些通常用于锻造航天器等物品的工具进行更硬的切割。有一天，受星尘启发的机械涂层可能会帮助制造人类送往太空的航天器。
