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陨石:来自太空的“礼物”

2020/9/16 10:02:42 来源:原创 浏览:

当斯威夫特-塔特尔彗星(comet Swift-Tuttle)带着撒落的碎片与地球相遇,一年一度的英仙座流星雨如期而至。看着这些夜空中划过的星雨,有人追忆,有人许愿,也有人担心流星会不会掉下来?


流星是一种天文现象,在太空中,漂浮着许多的小天体,包括小行星、彗星以及它们的碎片等,当小天体(97%是小行星的碎片)被地球的引力捕获进入大气层,与大气层摩擦产生的热量会让它们燃烧。燃烧的天体发着光划过夜空就是我们看到的流星。如果这些碎片在穿过大气层之后没有被烧完并坠落到地球上,这便是陨石。


如果陨石穿越大气层后没有被燃烧殆尽,就会坠落在地球上。图为2013年,陨石从俄罗斯车里雅宾斯克上空划过。


被陨石击中的概率比中彩票还低

当我们去到远离城市的郊外,经常可以看到流星划过夜空,抛开其中的浪漫成分,这些都是进入地球的地外物质。据科学家估计,太空中每年大约有22万吨地外物质进入地球大气层,可以说地球每时每刻都被陨石撞击威胁着。


幸运的是,地球有大气层。大气层就是地球的保护神,大多数天体碎片在穿越地球大气层时就被燃烧掉殆尽了,只有少数较大的碎块能顺利穿越大气层并坠落在地球上,而且经过燃烧,大的碎块常被消融或破裂成小块掉在地球,对地球的伤害大大降低。


大气层阻挡了大部分的地外物质,但落在地球上的这小部分也不可小觑。据专家统计,每天约有44吨陨石坠落在地球上。如果按照次数来算,近半个世纪以来,全球每年平均有721次陨石坠落。其中,1979年和1988年这两年陨石坠落比较频繁,发生了三千次以上。

岫岩陨石坑是中国首个被证实的陨石坑,位于辽宁鞍山。摄影/陈鸣

这样高频率的高空坠落看起来或许有点吓人,但其实人类被陨石击中的概率极小。加拿大科学家们曾经基于人均占地面积和陨石对人类与建筑的伤害做过推算,在世界60亿人口中,每10年只有1人直接被质量不小于100克的陨石砸死。而每年也不过16座房屋被陨石击穿。从这个概率看来,被陨石击中的概率比中双色球500万大奖的概率还要低很多。


1976年3月,我国吉林省境内发生了一场世界罕见的陨石雨降落事件,一颗好几吨重的陨石,穿过大气层后燃烧爆裂,像雨点般落在吉林市永吉县、蛟河县等地,其影响范围超过500公里,至少有几十万人目睹了这颗燃烧的陨石。神奇的是,此次陨石坠落没有造成一人死亡。


2013年2月,在俄罗斯车里雅宾斯克州,一颗10吨到30吨重的陨石穿过大气层燃烧爆炸,产生了大量碎块,形成了陨石雨。据媒体报道,这次陨石雨的能量释放相当于二战投放于广岛原子弹能量的20倍左右,造成了超过1200人受伤。不过受伤的人员中,没有一例是被直接击伤的,大多是被陨石震碎的建筑物所伤。如此高伤害力、大规模的陨石雨尚且没有人被直接击中,可见被陨石直接击中的概率有多低。

2013年2月,一颗陨石坠落在俄罗斯车里雅宾斯克州。供图/SOOGIF

南极和沙漠是陨石最富集的区域

由于地球的球形特征,从天而降的陨石到达到地表各处的概率是随机、均等的。但是地球上海洋面积占70%,所以按照概率来说,70%的陨石可能落在海里,剩下30%的陨石落在陆地上。而在陆地上,大部分被高山、森林覆盖,再加上湿润环境对陨石的风化作用,想要寻找到陨石是极难的。


寻找陨石虽难,但在有些地方找到陨石的概率极高,那就是陨石富集区。据国际陨石协会数据库的资料显示,截至2017年8月,全球共发现陨石并有效命名56663块。其中南极陨石约37000余块,非南极陨石中,约10000块发现于北非的撒哈拉沙漠,约4000块发现于阿拉伯半岛的阿曼地区。由此可见,世界上已知的陨石大概有65%发现于南极冰原地区,25%发现于沙漠地区。

我国第5支南极格罗夫山考察队正在寻找陨石。摄影/陈虹


南极陨石富集的秘密,得从1969年日本人在南极一块蓝冰区发现的9块不同类型的陨石说起。科学家发现这9块陨石类型不同,落地时间不同,不属于同一场流星雨,而是一种神奇的力量把它们从不同的地方,搬运到这里来的。这就是南极冰盖的力量。


南极冰盖中间厚,四周薄,冰在重力作用下向四周的海洋流动,降落在冰盖上、并被冰冻的陨石随着冰流流动,如果遇到山脉的阻挡,冰体就会在山脉前源源不断地堆积,当冰层消融后,陨石就像从冰里生长出来的庄稼似的,源源不断地冒出来。因此,南极四周的山脉所在地都是潜在的陨石富集区。而且黑褐色的陨石在南极的淡蓝色冰面上非常显眼,易于被发现和收集。


同时,南极寒冷洁净的自然条件使这里成为了一个天然“冰库”,坠落到冰盖上的陨石被冰封,不易风化,得到了良好的保存。南极陨石的居地年龄(即陨石坠落到地球表面后被保存的时间)最长,一般可达几十万年,比其他大陆陨石的地球年龄高出上百倍。现已发现的某些极地陨石的居地年龄甚至长达500万年。


黑褐色的陨石在南极的淡蓝色冰面上非常显眼。摄影/陈虹

南极陨石虽多,但受气候及环保因素的制约,南极科考的规模和时间都有严格限制。去南极寻找陨石,其专业性、实施难度比其他地区高许多。目前,我国寻获的南极陨石约11452块(2012年数据),位居世界第三。


在沙漠地区,经过风沙的强力剥蚀,长期积累的陨石会慢慢露出地表。再加上这些地区背景单一、视野通透、气候干燥、植被稀少、人迹罕见,使其成为人类寻找陨石效率较高的区域。非洲的撒哈拉地区、我国新疆的沙漠地区、阿拉伯半岛、澳大利亚西南荒漠地区等,都是沙漠陨石的富集区。


相较南极而言,在沙漠中寻找陨石成本要低很多,不仅搜索面积更大,而且民间的陨石爱好者也能参与其中。事实上,绝大部分的沙漠陨石都是由民间的陨石猎人收集而来,尤其是在西北非沙漠和阿拉伯沙漠地区,陨石的回收、交易已经成为一种产业。

在沙漠地区,经过风沙的强力剥蚀,长期积累的陨石会慢慢露出地表。供图/图虫创意

每一种陨石都是独一无二的

陨石按照其成分,可分为铁陨石、石陨石和石铁陨石三类。铁陨石中含有高达95%以上的铁镍金属,也被称为铁镍陨石。石陨石,主要或全部由硅酸盐矿物组成。石铁陨石是介于前面两种陨石之间的过渡型陨石,其铁镍金属和硅酸盐矿物的含量大致相等。

在坠落到地球的陨石中,数量最多的是石陨石,占陨石总量的92%以上。石铁陨石比较罕见,仅占陨石总量的2%—4%。铁陨石的坠落数量也很少,占陨石总量的4.6%,但是铁陨石比前面两种陨石都容易寻获,其寻获量高达40%。这是因为铁陨石在野外有较高的辨识度;而且不像石陨石那般容易风化,保存时间比较长;再加上专业的金属探测器,铁陨石的收集比其他陨石容易许多。

▲石铁陨石中有一类橄榄陨铁,从外面看与其他普通陨石别无二致,但是切开后,可以看到一块块金黄色的橄榄石镶嵌在金属间,光线透过时,橄榄陨铁就像是会发光的蜂巢。摄影/张超

此外,根据陨石母体是否经历过熔融分异作用,坠落在地球上的陨石可分为分异型陨石、不完全分异型陨石和未分异型陨石三大类。分异陨石经历过熔融分异,其母星具备地核结构;未分异陨石没有经过熔融分异,其母星不具备地核结构;不完全分异型陨石即部分经过熔融分异。


球粒陨石是未分异陨石的代表,因陨石中含有球粒而得名。球粒陨石的母体小行星没有经历过熔融分异,没有明显的地核、地幔结构,其物理和化学成分至今保持着形成初始时的状态,可以说是太阳系早期演化的标本。科学家们正是通过对球粒陨石的研究,才知道了太阳系(包括地球在内)是在大约46亿年前形成的。

来自不同星球的球粒陨石切片,在偏光显微镜下,呈现出如教堂彩色玻璃般的图案。摄影/张超

除了前文说的陨石,地球上还有一类非常特别的陨石,那就是玻璃陨石。关于玻璃陨石是不是陨石,专家学者们争论了很长时间。这是因为玻璃陨石并不是来自外太空,它是地外物质高速撞击地球时,造成地球上的岩石熔融,并被抛射到空中快速冷凝形成的。


玻璃陨石与其他的陨石不同,其他的陨石是随机掉落在地球上的,没有固定的产出地层和区域,但是玻璃陨石有明显的产出地层和地理分区。迄今为止,地球上发现了4个玻璃陨石群,分别分布在4个散落区:北美、莫尔达维石、象牙海岸以及澳大利亚一东南亚。


澳大利亚—东南亚散落区,是其中最大的一个散落区,其范围北到我国西北的陕西、内蒙,南达澳大利亚南部,我国雷州半岛、茂名、梧州、海南岛等地为主产区。澳大利亚—东南亚散落区的玻璃陨石多呈墨色,而且古人误以为这种陨石是雷电造成的,因此又被称为“雷公墨”。据专家研究,我国东南沿海、琼州半岛和海南岛的玻璃陨石,是世界上最年轻的玻璃陨石,大约形成于71万年前。


▲海南白沙黎族自治县有一处陨石坑,科学家对撞击白沙大地的“天外来客”的大小进行了科学估算,认为是直径380米的陨石。图中近景是两块黝黑的雷公墨,远景是陨石坑。摄影/冯木波

陨石是人类探索宇宙奥秘的钥匙


陨石是来自太空的“礼物”,是人类探索太空的窗口。因为到目前为止,除了月球、火星,人类尚无法直接获得太阳系其他天体的样品。而且相比登陆行星表面采样,陨石更具有广泛性,研究降落地表的陨石成了人类探索宇宙最便捷、成本最低的方式。


根据研究,坠落地球的陨石大多数都是来自于火星和木星之间的小行星带,比如铁陨石。研究发现,目前在地球上发现的铁陨石,几乎都来自于十几颗古老的小行星。天体撞击使这些小行星粉身碎骨,星体的内核破碎并冷却之后,形成了高纯度的铁镍合金,部分金属碎块坠落到地表就成为了铁陨石。可以说铁陨石,就是小行星母体的金属核。再加上这些铁陨石的母体小行星内部结构大多和地球相似,所以研究铁陨石对于人类认知地球内核有着重要作用。


1989年在新疆阿勒泰东部地区发现的新疆铁陨石(Armanty),重达28吨,是世界第四大铁陨石;2004年又在该地区发现了重达430千克的铁陨石——乌拉斯台(Ulasitai);2011年,科学家在阿勒泰西北部的克兰峡谷发现了重达5吨的铁陨石——乌希里克(Wuxilike)。经研究对比发现,这三块铁陨石,都是同一个母星爆裂散落形成。

在新疆阿勒泰地区,一块被压在岩石下的巨大铁陨石被当地人发现。图为2011年,专家到现场进行测量。摄影/张

除了小行星,还有少部分陨石来自于月球和火星。月球陨石和火星陨石也是目前人类能够真正确定其母体的陨石。目前获得国际陨石协会命名的月球陨石有360块(含成对陨石),被命名的火星陨石有227块(含成对陨石),其中最知名的火星陨石当属ALH 84001和NWA 7034。


ALH 84001收集于南极,发现之后一直被误认为是其他小行星陨石,直到科研人员注意到其微量元素与火星陨石相关,才确定这是火星陨石。NWA 7034俗称“黑美人”,2011年发现于摩洛哥干旱的沙漠,是一块火星表土角砾岩,其水含量可达0.7%,是目前发现含水量最高的火星陨石,对于火星古环境的演化研究具有重要的科学意义。


对陨石的研究,是认识太阳系起源与演化的重要途径。地球和人类从何处来?对于这个终极的哲学问题,陨石如果能言,定会讲出精彩的故事。

四川巴郎山,火流星如天神之剑划破天空。摄影/阿五

参考资料

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