在南极走了整整8天,我终于亲眼看到星星落在地球上的样子 | 林杨挺

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“虽然我一直做陨石研究,但那也是我第一次亲眼看到星星掉落在地球上的样子。” 林杨挺 中国 科学院地质与地球物理研究所研究员 大家好,我是林杨挺,很高兴能和大家聊一聊陨石的秘密和地外世界的故事。 如果在晴朗的夜晚仰望星空,有时候我们可以看到流星划过。在碰到流星雨的时候,年轻人一般喜欢比赛谁看到的流星更多。 2001年狮子座流星雨 实际上,流星和陨石之间是没有关系的。流星是宇宙中很小的尘埃,它在高速穿过地球大气层的过程中,因摩擦而发光发热。因此,大部分流星都被燃烧了,只有很小一部分可能会残留下来。如果想要寻找这些流星的尘埃,最好是到大气层外面去,比如在空间站上搜集。 火流星 陨石与火流星有关。火流星是闯入大气层的小行星,它以每秒十几公里甚至二十公里的速度撞击地球,在穿过地球大气层时因高速摩擦会形成一个火团。因为火流星往往比较大,没有燃烧完全的部分掉落到地上被我们捡到,这就是我们说的陨石。 如何区分真假陨石? 从陨石的降落过程中,我们可以知道,陨石区别于地球岩石的一个特征:它在高温燃烧过程中,表面熔融并快速冷却而形成了一层玻璃,我们称之为熔壳。 真陨石 表面的这层玻璃厚非常薄,仅约一毫米,和陨石内部完全不同,所以很好区分。另外,这层玻璃往往会龟裂成多边形,时间长后会非常明显。 我们经常会收到一些爱好者寄来的所谓陨石,其中大部分是假的。有些寄来的样品表面虽然有“熔壳”,但实际上大部分是沙漠的一些石头的漆皮,这层漆皮与内部组分是连续的。另外,还有一部分是黑色的铁矿石,也不是真正的陨石。 熔壳是陨石最重要的特征,本质上是表面的一层玻璃。大部分熔壳是黑色的,但有极少数非常特殊,呈现出像玉石般漂亮的绿色。 大概90%的陨石含有金属颗粒。我们知道金属是很容易生锈的,所以去除熔壳的陨石内部成分常表现为浓淡不一、锈迹斑斑的褐色。这也是鉴定大部分陨石的重要特征。 球粒陨石 除了金属成分,陨石中还有一些很小、很圆的石质球体。它是在没有重力的条件下熔融形成的,所以形态非常圆,我们称之为球粒,具有球粒的陨石称之为球粒陨石。 除此之外,还有一些大家可能比较熟悉的、由金属组成的陨石,叫做铁陨石。在乌鲁木齐新疆地质矿产博物馆前,摆着一块我国最大的铁陨石——新疆铁陨石。 新疆铁陨石 如果从铁陨石上切割下来一块并打磨抛光,然后用很稀的酸来腐蚀表面,会产生不均一的花纹。 这个花纹实际上是由于两种不同的铁镍合金中镍含量不同,因此其抗腐蚀性不一样,就会出现这种花纹。这需要上百万年的时间慢慢冷却才能形成,所以在实验室中是没有办法仿制的。 你见过陨石坠落吗? 我刚才讲了火流星,如果火流星落地之后马上被人们捡到,我们称之为目击降落型陨石。 上图是当年欧阳自远院士带领研究人员,在吉林考察我国最著名的一块石陨石,那也是世界上最大的石陨石雨,其中最大的一块将近1.8吨。 目击降落型陨石非常稀少。因为它刚刚掉下来就被捡到了,所以它很新鲜。在我国有一些很著名的目击陨石,包括1976年坠落在贵州省的清镇陨石、1983年坠落在陕西省的宁强陨石,以及含有高压矿物的随州陨石和岩庄陨石。目前我国捡到的有名字的目击陨石大概只有67块,还是非常少的。 一般情况下,陨石都坠落在人烟稀少的地方,但少数情况下会砸到人、汽车甚至砸到人家里。 2008年,在北京距清东陵约3km的一个叫兴隆泉的小村庄里,也发生了一次陨石坠落事件。这间房子的女主人离开沙发没多久,一个陨石直接砸穿房顶,打到沙发上,最后弹到床上。陨石在镜子上还留下擦痕,碎裂成几块,总重约3kg。这是非常稀少的事件,而且很幸运,不仅没伤着人,还发了一笔财。 俄罗斯车里雅宾斯克陨石雨 大家可能还记得一条新闻,2013年,在俄罗斯发生了一起非常有名的车里雅宾斯克陨石雨事件。陨石撞击的时候,最大的一块陨石直接砸进湖里,碎块散落到很大的区域,收集到的样品总重量超过1吨。此次陨石撞击的能量非常大,强烈的冲击波损毁了很多建筑物,间接导致1000多人受伤。 小行星撞击地球虽然是很小概率的事件,但有可能是大灾难。模拟计算表明,如果小行星的直径超过140米,那么陨石撞击会给一个区域带来灾难。如果是一公里以上的小行星撞击,就有可能导致全球性的灾难。 走,去南极捡星星! 我们在地球上看到掉下来的陨石还是很少的,捡到有1300块左右。而实际上有名字的陨石大概有6万多块,大多数陨石我们并不知道它是什么时候掉下来的。 那么,哪里是捡陨石的好去处呢?南极! 大家都知道,南极不仅气候恶劣,而且有很多非常危险的地方,所以我们内陆队去南极内陆科考之前需要送行,要喝壮行酒。 第22次南极科考内陆队出征仪式(2005.12.23) 我们去距离中山站400多公里的南极格罗夫山,路上走了8天,在2005年的最后一天才到达营地。刚到营地的时候,虽然我们队里11个人做的是各种各样的野外考察工作,但大家想到的第一件事就是去找星星。 第一个找到陨石的是机械师徐霞兴,他一找到陨石就赶紧喊:“林老师,林老师,快过来”。虽然我一直做陨石研究,但那也是我第一次亲眼看到星星掉落在地球上的样子,所以当时比较激动。 第二天是2006年元旦,大家什么事情都不做了,把自己的考察论文都放到一边,第一件事还是找陨石。最后我们每个人都找到了陨石,我也亲自找到了第一块陨石,圆了我到南极找陨石的梦想。 上图中南极格罗夫山地区的地表是蓝荧荧的冰面,部分表面覆盖着雪,陨石在这个背景下是非常显眼的,所以很好找。 因为在冰渍带有很多地球上的石头,所以找起来会比较费劲。但认准陨石的熔壳特征,还是很容易辨认出来的。 2006年1月16日,我们有很多人都去做自己的考察工作了,只有4个人去找陨石。我们一共找到了600多块陨石,总重约19.2公斤,这是非常难得的。 黄色和红色符号表示发现陨石的位置,绿色符号表示营地位置 当地的卫星图显示,冰从右边往左流动,被山脉挡住了,而陨石大多分布在山脉的下游。绿色符号表示我们的宿营地,我们在一个地方工作结束之后,再搬到下一个地方。在前往第七号营地的过程中,我们坐在车上盯着冰面看。当我们看到一个小黑点而且不变的时候,它可能不是阴影。所以我让队长停车,跑过去一看,果然发现了一块很漂亮的陨石,非常新鲜,有1斤半重。 在南极还会遇到很多困难,其中之一是白化天,天地白茫茫一片,不仅什么都看不见,还会失去方向感。 最重要、最危险的是冰缝,因为冰缝被雪盖住了,实际上是看不见的,只有车子从上面轧过去才显露出来。如果是很大的冰缝,车子和人都会掉进去,肯定就回不来了,这是非常危险的。这次因为有经验丰富的机械师徐霞兴和李金雁,以及队长琚宜太,所以还是比较安全的。 我们第一次到格罗夫山的时候是非常危险的,只有5个人和1辆车,队长是刘小汉研究员。那时候比我们这次更艰苦,危险也大得多。 在南极生活的主要问题是没有青菜吃,猪肉、牛肉、羊肉都冻得硬邦邦的,需要用斧砍。当时我们只带了一棵大白菜,就一直留着过春节包饺子的时候才吃。 在南极内陆的58天里,大家的野外考察工作都完成了,还捡到了5354块陨石,都很高兴,返程时也轻松了很多。 大家可能会问,是不是陨石都掉到南极去了,那里陨石很多,所以我们才都到南极去找?其实不是的。陨石掉在地球上哪个地方的概率是一样的,大概一年中一万平方公里的范围内会有几块,甚至更少一些。 南极陨石比较多的原因有两个。一是南极非常冷、非常干,

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陨石是很怕水的,只有在很干的环境下才可以保存上百万年。二是陨石随着冰流动,在被山脉阻挡的地方停下来,强烈的风将冰吹没了,陨石就留了下来。所以,南极是找陨石最好的地方。 除了南极,找陨石的另一个好地方是沙漠。因为沙漠非常干,陨石在沙漠里保存十几万年也没有问题。但是沙漠中没有冰来搬运陨石,所以相对南极来说,陨石不会在沙漠中被集中到某一个地方。 我国西北,尤其新疆有大面积的沙漠。近年也陆续发现了较多的陨石,已命名的中国沙漠陨石有251块。 这些陨石是非常珍贵、稀罕的东西,如果我们发现了陨石之后,需要注意一些事项。 首先要从多个角度给陨石拍一些清晰的照片,记录陨石掉在地上的样子。然后用GPS记录地理坐标,另外还要记录一下周边的地貌环境。特别注意要在干燥条件下保存陨石,保持密封状态,因为陨石怕水。很多人可能会用磁铁去吸陨石,但最好不要这么做,因为这会改变陨石的磁性。如果你确认是陨石,就不要这样做了。 还有很重要的一点,就是要尽快联系专业机构来帮你分类鉴定和命名。这需要提供不少于20克,或者20%重量的样品作为该陨石的标本。 与地球上的石头不同的是,每一块陨石都有名字,对没有名字的陨石做出来的研究成果是不能发表的。我们一般用发现地的地名来给陨石命名。如果像南极格罗夫山地区发现了那么多陨石,这时候我们会用地名加时间的方式来命名,比如说GRV代表格罗夫山,02代表2002年,0090是它的编号。 陨石从哪里来? 大家可能会问,这么多块陨石都是从哪里来的呢?全球发现的6万多块陨石大致可以分为三个来源:小行星、月球和火星。 小行星在整个太阳系分布非常广,大多位于木星与火星之间的小行星带。掉到地球上的属于近地小行星,它们的轨道要与地球轨道相交。 大部分的小行星我们并不知道它的轨道,但是少量的小行星可以通过在三个位置,布设相机对准天空拍火流星,利用三角测量的方法计算出它的轨道,并根据计算出的位置去找陨石。借助这个办法,在德国非常著名的城堡——新天鹅堡就找到了一块陨石。左图中展示的都是我们已知的一些陨石的轨道,但是是很少的。 有一种陨石更加特殊,这几年经常会有一些新闻,说某某编号的陨石什么时候可能要近距离地和地球相交会。 2008年,有天文台观测到一个小行星,并计算出它的轨道不是和地球近距离交会,而是直接撞到地球上。20个小时以后,这个小行星确实撞到了地球上,且在预测的位置找到了陨石。 红点表示在预测范围内成功找到陨石的位置 这些陨石很特殊,包含多种不同的类型。其中一种是橄辉无球粒陨石,它含有金刚石,非常坚硬,要切下拇指头那么一小块儿,就要花费一天的时间。 另外,还有在非洲沙漠找到的月球陨石、在2002年于格罗夫山找到的我国第二块火星陨石。 找那么多陨石有什么用呢?首先,对大部分人来讲,这是一份非常难得的、上天馈赠的礼物,这真是天上的星星。有少量陨石外观很漂亮,因此也是奇石爱好者的收藏品。 因为陨石非常稀罕,所以有一定的市场,但这方面还没有明确的法律、法规。在互联网上很容易查到一些陨石的交易价格,以克为单位,从几美元到一两千美元每克,差别非常大。这主要取决于是什么类型,是不是非常稀少,它的科学价值是不是很大。 阜康橄榄陨铁 陨石最重要的价值在于科研,它们告诉我们,大阳系是如何形成的,各行星的演化历史等内容。不同类型的陨石,讲述的是不一样的故事。 大部分的陨石来自于小行星,我们又称它为太阳系的化石。通过它,我们可以认识太阳系是怎么从尘埃和气体的星云盘演变成八大行星的。 除了科学研究之外,可能会有小行星撞击地球的危险,所以我们还需要通过研究它来监测、预警以及防御小行星撞击。 将来我们还会走向太空,不能什么东西都从地球上带过去,所以小行星也是未来非常重要的太空资源。 月球陨石则是另一个故事。目前我们的月球样品主要是阿波罗号采集并带回地球的,六次共采回382公斤月球样品。另外则是前苏联分三次从月球采回的300克样品。 月球陨石已找到400多块,总重600多公斤,超过了阿波罗号采回的月球样品总重。 人类历史上确定的第一块月球陨石 1981年在南极找到了第一块月球陨石(ALH81005)。将这个陨石带回去之后,研究月球地质的科学家发现,它和阿波罗号采回的月岩样品完全一样,很快确定它就是月球陨石。 实际上,日本科学家更早从南极找到三块月球陨石,但是他们不认识,所以失去了第一个发现月球陨石的机会。 月球正面、背面的氧化铁含量分布图(黑点符号表示阿波罗号和月球号着陆点) 这张图通过对比月球正面和背面的氧化铁含量分布情况,我们可以发现月球组成是不均匀的。阿波罗号和前苏联采回的月球样品,都是在月球正面很小的区域内。月球背面以及其它地区的月球组成,就需要通过月球陨石来进一步分析研究。 我国的嫦娥三号落在了月球正面,嫦娥四号是人类历史上第一次落在月球的背面,而且是落在一个很大很深的撞击盆地里面。 去年有三次火星发射任务,分别是美国的毅力号、阿联酋的希望号和我国的天问一号,三个火星探测器都是做遥感探测方面的工作,并不会带回火星样品。目前火星陨石是我们唯一能够得到的火星岩石样品。 实际上,火星陨石的发现很早,确认很晚。第一块火星陨石于1815年掉落在法国,当时只觉得这块陨石很特殊,因为没有火星样品来对比,所以并不能确定它来自于火星。 我们可以通过测量岩石的放射性同位素组成(如U同位素的衰变)来测定年龄。比如,现在火山喷发形成的石头的年龄是零,小行星的陨石年龄都是45亿年,月球岩石的年龄在30多至40多亿年。 这些火星陨石的年龄是13亿年,甚至是更年轻的2亿年。这说明它们来自一个比月球更大的天体,但仅仅根据这一点,还不能确定它来自火星。 将这块火星陨石切开后,发现里面有玻璃质的黑点,这是小行星砸到火星上时高温条件下形成的玻璃,在玻璃中包裹有火星气体。它的分析结果与1976年海盗号对火星大气的分析结果完全一样,这就证明这个陨石确实来自于火星。 目前已经发现的火星陨石共有268块,重达200多公斤。我们对火星的认识很大程度上依赖于对火星陨石的研究。 为什么大家那么关心火星呢?很多人认为火星上有生命。1996年,美国NASA科学家还声称,在这块ALH 84001的火星陨石中找到生命存在的证据,并引发争论。现在基本认为之前的证据或是地球上的污染、或是样品制备过程人为产生的。 不管怎么说,对火星形貌等方面的探测发现,在火星上应该曾经存在过河流、湖泊甚至古海洋,而且目前在火星大气中也存在一些甲烷,也就是说火星至少曾经具备过满足生命存在的基本条件。正在进行的火星探测计划,以及未来的任务,都仍把生命的探测作为最重要的目标。 研究火星生命的另一途径是研究火星的环境变化,即判断它是否宜居,其中一个思路是通过火星陨石进行相关研究。 火星陨石的岩浆冷却之后,岩石与地下水相互作用,因此又记录了这个时候火星地下水的信息。这里我们关心水的氢同位素组成,也就是D/H的比值。这个比值可以区分火星的水与地球上的水,相当于水的指纹。 我们说火星以前有水,但现在表面上没有流动的水,因此有一部分水是逃进了太空。逃走的水越多,留下水的就越重,即D/H比值越大。因此,测出火星地下水的D/H比值很重要。 我们将火星陨石切开,磨成片来研究,发现其中有两处含水量比较高。其中一处是矿物中捕获的岩浆,即玻璃质包裹体,另一处是含水矿物磷灰石。 由于要分析的样品非常小,我们使用了中科院地质与地球物理研究所的纳米离子探针设备。 这个仪器会形成一个非常细的,小到50纳米的一次离子束,去轰击样品的表面。轰出来的二次离子通过一个磁场时会发生偏转。质量小的偏转大,所以不同质量的离子就能分开,然后用接收器分别记录信息的强弱,这样就能得到样品的水含量和D/H比值。 磷灰石的实验结果显示火星岩浆中水含量很低,大概是地球的十分之一,也就是说火星很干。玻璃包裹体反映了火星内部的水与火星地表水的混合结果。据此我们知道火星地表水的氢同位素组成很重,比地球大洋水重约7倍,说明有非常多的水逃离了火星。 我们认为在大概30亿年前火星地表有流水。火星逐渐变冷之后,一部分水跑掉了,一部分水变成了地下冰川和冻土。如果两亿年前有岩浆喷发出来,带来的热量可以使地下冻土和冰川融化形成水,这可以提供一个有利于生命存在的环境。 从寻找散落的星星,到对这些星星进行分析研究,再到主动去探测各种天体,并采集样品返回地球,从而更好地认识地球和整个太阳系的起源和演化。随着技术的飞速进步,人类终究会走出地球这个摇篮,去发现新的大陆。 本文经授权转载自格物论道(ID:SELFtalks),如需二次转载请联系原作者。 欢迎转发到朋友圈。

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