從天而降的隕石故事

尹懷勤

一個國際研究小組日前發(fā)現(xiàn)確鑿證據(jù)，顯示1.2萬年前地球曾降下隕石雨，并導(dǎo)致美洲史前人類和包括猛犸象在內(nèi)的一些大型動物滅絕。這就引出了幾個問題，什么是隕石？隕石是從哪里來的？又為什么會形成隕石雨？

許多運行在太陽系空間大小不一的碎塊，在飛近地球時被地球引力所吸引，高速沖入地球大氣層后與氣體分子激烈碰撞并發(fā)熱發(fā)光，這就是我們所看到的流星。大部分流星體經(jīng)大氣摩擦熔化，就消失不見了，但也有少數(shù)流星體未等熔化完就掉到地面上而成為隕星。由于多數(shù)隕星與地球上的巖石相似，故而又將其稱作隕石。隕石在地球大氣層中高速降落時，其前端的空氣受到強(qiáng)烈壓縮，溫度能陡升到幾千甚至上萬攝氏度。在這種高壓高溫氣流的作用下，有的隕石會發(fā)生爆炸，分裂成許多碎塊落向地面。這種現(xiàn)象就被稱為隕石雨。世界上最大的隕石雨記錄是1976年3月8日下午3點多鐘隕落在我國吉林市附近的一場隕石雨?？瓶既藛T共收集到100多塊隕石標(biāo)本，總重超過2600多千克，其中最大的一塊就是吉林1號隕石。

關(guān)于隕石的歷史記載

世界文明古國埃及與中國很早就有關(guān)于隕石及隕石雨的記載。公元前2000年埃及的“紙草書”上就記錄了從天外落下來的石塊和鐵塊。我國約有700多次隕石降落的文獻(xiàn)記載，是世界上研究古代隕石最系統(tǒng)的珍貴資料。《春秋》上就記載著公元前645年12月24日在今河南省商丘市城北的一次隕石雨降落：“隕石于宋五”，即從天上落到宋國那個地方的隕石共有五塊。這是世界上關(guān)于隕石雨最早的記錄?！蹲髠鳌方忉屨f：“隕石于宋五，隕星也”，首次提出了隕石即隕星，比歐洲人認(rèn)識到這一點早了2000多年。漢代司馬遷在《史記?天宮書》中更明確指出：“星墜至地，則石也。”宋代沈括在《夢溪筆談》中記載了1064年發(fā)生于江蘇宜興的一次隕星降落，并發(fā)現(xiàn)這顆隕星由鐵組成。

隕石著陸時撞擊地面形成的坑穴，被稱為隕石坑。多數(shù)隕石質(zhì)量不大，降落時受大氣的阻力作用而減速，落地前的速度一般為每秒幾十米至300米左右，因此隕石坑較小。而當(dāng)一個很大的隕石降落地球時，因大氣的減速有限，它就會以高速撞向地面，其巨大動能瞬間即釋放出來，將大部分隕星物質(zhì)和撞擊點周圍大量地面物質(zhì)完全粉碎并氣化，結(jié)果形成比隕石大得多的隕石坑。直至目前，地球上已發(fā)現(xiàn)78個大型隕石坑，最著名的是位于美國亞利桑那州的巴林杰隕石坑，直徑為1240米，深度達(dá)170多米，坑的四周比地面高出約40米。它是2.5萬年前一個直徑60多米、重10多萬噸的鐵隕石以每秒約20千米的速度撞地而形成的。研究表明，幾萬噸重的大隕星撞擊地球平均1萬年就有一次。由于地球有空氣和水，在長期的風(fēng)吹雨打之下，隕石坑都改變了原形，能留下來的已經(jīng)不多，而在水星和月球上則大體保持了原貌，除有坑穴外還有環(huán)形山。

隕石的類型和特征

隕石的形狀多種多樣，有鈍圓錐狀、多面體狀、橢球體狀、扁球形狀，還有各種不規(guī)則的形狀等。從外表看，隕石一般都有小于1毫米的黑色或深褐色熔殼和一些坑坑洼洼的氣印，這都是在高空中和大氣高速摩擦熔化而形成的。根據(jù)熔殼上熔凝物質(zhì)流動的痕跡和氣印的排列狀況可以判定隕星在大氣層中飛行的方位。

據(jù)對全世界收集的隕石的研究分析，按礦物組成和化學(xué)成分，隕石可分為石隕石、鐵隕石和石鐵隕石三種類型。石隕石主要由硅酸鹽組成，含有少量鐵鎳金屬和鐵的硫化物。它是最常見的隕石，占全部隕石的92％。石隕石又可分為球粒隕石與非球粒隕石，其中球粒隕石占全部隕石的84％；鐵隕石主要由鐵鎳金屬組成，含少量鐵的硫化物、磷化物和碳化物。其重要特征是鎳的含量高，都超過5％，而地球上自然鐵中鎳的含量不超過3％；石鐵隕石由大致相等的硅酸鹽和鐵鎳金屬組成，是介于石隕石和鐵隕石之間的過渡型隕石。它又分成較為常見的橄欖鎳鐵隕石和中鐵隕石等幾種。除上述三種隕石外，還有微隕石和隕冰亦屬隕石范疇。微隕石是降落到地球上的宇宙塵埃，直徑還不到1毫米，其主要成分是鐵和鎳，也含有一些硅、錳、鎂、鈷等元素，一般具有磁性。隕冰是一種罕見的來自行星際空間的冰塊，到達(dá)地面后不久就化為水，故數(shù)量極少。

世界上最大的石隕石當(dāng)屬我國的吉林1號隕石，重達(dá)1770千克；居于第二位的是美國的諾頓-富爾內(nèi)斯隕石，重為1079千克；占第三位的是美國的長島隕石，重564千克。最大的鐵隕石是非洲納米比亞的戈巴隕鐵，重約60噸，至今還在原地；其次是格陵蘭的約角1號隕鐵，重約33噸，現(xiàn)陳列在美國紐約自然博物館中；位列第三的就是我國的新疆大隕鐵，重約30噸，從側(cè)面望去像一只閃著銀光的駱駝，因此當(dāng)?shù)厝私兴般y駱駝”，1965年從沙漠里搬運到烏魯木齊展覽館展出。

從天而降的貴金屬

在我國和其他一些歷史悠久的國家的古墓葬中，往往發(fā)現(xiàn)一些用鐵隕石制作的器物，說明古代人早就設(shè)法利用隕石了。在河北省藁城縣的商代中期古墓中，就曾發(fā)掘出一件鐵刃銅鉞，其鐵刃便是由八面體鐵隕石鍛制而成的。在河南省?？h出土的商末周初的兩件青銅武器，其鐵刃和鐵援部分也是用鐵隕石鍛制的。

20世紀(jì)70年代初，美國科學(xué)家分析了兩個碳質(zhì)球粒隕石，首次發(fā)現(xiàn)隕石中存在有機(jī)化合物。在此后不到10年的時間里，就在隕石中發(fā)現(xiàn)了60多種有機(jī)化合物。隕石中有機(jī)化合物的成因，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為是非生物合成的“前生物物質(zhì)”。絕大多數(shù)隕石都來自小行星，也有少數(shù)隕石來自類地行星。研究發(fā)現(xiàn)，1984年在南極洲發(fā)現(xiàn)的ALH84001隕石來自火星，它是火星被小天體撞擊后作為隕星飄落到地球上來的。在這塊隕石里存在著大有機(jī)分子——多環(huán)芳香烴。這表明，在幾十億年前，火星上很可能有過相當(dāng)溫暖潮濕的氣候，適合于生命的存在與維持。此一發(fā)現(xiàn)再次引起人們對火星生命及對火星進(jìn)行航天探測的關(guān)注。還有科學(xué)家認(rèn)為，隕石墜落地球為生命起源提供了“原料”，最早的生命元素來自于隕石。

2011年9月，《自然》雜志發(fā)表的一項研究報告稱，要不是大約40億年前隕星撞擊地球，人類就永遠(yuǎn)見不到貴重的黃金。理由是，在地球形成過程中，熔化的鐵包括金、鉑等金屬逐漸沉淀到中心形成地核，根本無法開采，留在地球硅酸鹽幔層中的貴金屬所剩無幾，可開采量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)在己經(jīng)開采出來的數(shù)量。而事實上，地幔中的貴金屬含量比推測的要多上千倍，說明它們來自隕石雨的撞擊。為了驗證這一理論，英國幾位科學(xué)家分析了格陵蘭島的古老石頭，這些石頭是在地核形成后、隕石雨發(fā)生前形成的。他們將這一樣本與地球其他地方的巖石相比較，發(fā)現(xiàn)1克格陵蘭石頭中僅含千萬分之一克的鎢，其中鎢182含量比現(xiàn)代巖石低了百萬分之十五。這種鎢同位素的構(gòu)成能清晰顯示地球原有物質(zhì)和外來隕石添加物質(zhì)的區(qū)別。根據(jù)計算，通過隕石雨降落到地球上的黃金數(shù)量與地球上多出來的可開采部分驚人的一致。據(jù)估計，當(dāng)時地球被2000億億噸的隕石轟擊，現(xiàn)在工業(yè)中利用的大部分貴金屬都是從天而降的。

隕石的最大來源地

天文學(xué)家將小行星稱為隕石的母體，意即隕石多為小行星散落碎塊和近地小行星撞擊地球的結(jié)果。

美國宇航局今年5月10日宣布，通過分析黎明號探測器發(fā)回的最新數(shù)據(jù)，科學(xué)家對巨型小行星——灶神星的地貌特征以及它與地球的關(guān)系等有了新認(rèn)識。黎明號2007年9月發(fā)射升空，2011年7月進(jìn)入灶神星軌道，它將對灶神星進(jìn)行為期一年的觀測。近期，它在灶神星南極表面發(fā)現(xiàn)一座高聳的山峰，其高度竟是珠穆朗瑪峰的2.5倍。目前科學(xué)家認(rèn)為這座山峰形成之時向地球濺射了大量隕石。

灶神星直徑約為525千米，是太陽系小行星帶中質(zhì)量第二大的天體。在過去兩個世紀(jì)中，科學(xué)家通過地面以及太空望遠(yuǎn)鏡拍攝了灶神星大量圖片，但對其詳細(xì)狀況卻知之甚少。黎明號對其探測獲得的最新數(shù)據(jù)顯示，灶神星形成于約45.6億年前，是目前已知唯一經(jīng)歷過太陽系早期歲月的小行星。它具有以鐵元素為主要成分、半徑為110千米的內(nèi)核。數(shù)據(jù)還顯示，地球上發(fā)現(xiàn)的一組獨特隕石確實如推測的那樣來自灶神星，這些隕星中的輝石與灶神星表面的巖石相符，表明灶神星是地球隕石的最大來源。

多年以來，研究人員一直致力于在全球各地搜尋灶神星的隕石碎片，將其化學(xué)成分作為“指紋證據(jù)”揭示它是否來自灶神星。地球表面分布著大量灶神星的殘骸隕石。黎明號首席科學(xué)家克里斯?拉塞爾認(rèn)為，灶神星的高聳山峰是被一顆較小星體碰撞所形成的，此次猛烈碰撞在形成高聳山峰的同時還向地球濺射大量的灶神星隕石碎片。科學(xué)家可將隕石樣本與這座山峰地區(qū)的巖石成份進(jìn)行對比，從而獲得更多的證據(jù)。黎明號今后對灶神星繼續(xù)進(jìn)行的探測，肯定還會有更多發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)一步揭示該天體的奧秘。

將隕石切割成薄片，在偏振顯微鏡下能夠看到一些彩色的影像。其中的一部分被歸類為HED隕石，它們可能是從灶神星掉落到地球上的。其根據(jù)是，經(jīng)研究HED隕石可見光和紅外波段的光譜，與灶神星的光譜十分符合。它們起源于灶神星的假說也和黎明號的最新觀測獲得的數(shù)據(jù)相符。

小行星也是太陽系家族中的一類成員，同樣圍繞著太陽運轉(zhuǎn)，只是體積很小而已。它們絕大多數(shù)分布在火星與木星軌道之間,平均距離太陽為2.77個天文單位即4.14億千米，被稱為小行星帶。灶神星就是小行星帶中質(zhì)量僅次于谷神星的天體。要不是黎明號的就近對它進(jìn)行繞飛探測，科學(xué)家尚不了解其地貌特征，更不知道它就是地球隕石的最大來源。由此亦可看出，用航天器探測天體的重要性。黎明號探測灶神星之后，還要于2015年探測谷神星。

【責(zé)任編輯】龐云