橫沖直撞的星外來(lái)客

文/晉童 圖/Junyeon、阿碧瑟、陳真

6 500萬(wàn)年前的白堊紀(jì)末期，發(fā)生了第五次生物大滅絕事件，長(zhǎng)達(dá)億萬(wàn)年的恐龍時(shí)代終結(jié)。關(guān)于這次生物滅絕事件，有很多假說(shuō)，目前被人們普遍認(rèn)可的是“隕石撞擊說(shuō)”。那么，隕石是如何形成的？它們真的有如此巨大的威力，能夠毀滅地球萬(wàn)物？今天，就讓我們一起走近宇宙中橫沖直撞的“肇事者”——隕石以及它們的“罪證”——撞擊坑。

隕石從哪里來(lái)？

在行星際空間中，小至塵埃，大至巨石碎片都被稱為流星體。流星體主要來(lái)源于被太陽(yáng)和大行星引力撕碎的彗星和小行星（98.5%的小行星來(lái)自火星和木星之間的小行星帶），也有少量流星體來(lái)自月球或其他衛(wèi)星因撞擊而散落的碎屑。

每天都有大量的流星體受到地球的引力作用而進(jìn)入地球大氣層，但由于大部分流星體都是細(xì)小的沙礫或塵埃，它們?cè)诰嚯x地面5千米～20千米的高空就已經(jīng)燃盡，只有少數(shù)體積較大、結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬的流星體燃燒后還有剩余物質(zhì)降落到地面上，這便是我們常說(shuō)的隕石，也稱為“隕星”。

提起隕石，人們常常會(huì)想到劃過(guò)夜空的流星。但其實(shí)它們是兩個(gè)完全不同類別的概念。流星是指流星體進(jìn)入大氣層時(shí)，與大氣摩擦燃燒所產(chǎn)生的光跡，它是一種天文現(xiàn)象，而非流星體或隕石本身，而且我們通?？吹降牧餍?，其實(shí)都是一些很小的流星體落入大氣層時(shí)引起的現(xiàn)象，這些流星體基本都會(huì)燃燒殆盡，難以落地成為隕石。

◎流星體概念圖

超級(jí)鏈接

每天大約有200噸的地外物質(zhì)落在地球上，其中大部分并不會(huì)出現(xiàn)流星、形成隕石，而是以更加微小的塵埃顆粒形態(tài)落在地面上，它們被稱為微隕石，直徑一般小于1毫米。

◎顯微鏡下的微隕石，實(shí)際直徑在1毫米以下

隕石長(zhǎng)什么樣

來(lái)自星際空間的隕石與普通的巖石有哪些不同呢？隕石最明顯的特征就是“熔殼”與“氣印”。流星體在進(jìn)入大氣層時(shí)，表面溫度能夠達(dá)到幾千度。極高的溫度導(dǎo)致隕石表面熔融，產(chǎn)生了一層微米至毫米級(jí)的玻璃質(zhì)層，顏色為黑色或棕色，被稱為“熔殼”。不過(guò)，當(dāng)隕石在地表上存在一段時(shí)間后，熔殼易風(fēng)化消失。再看看“氣印”，它是在熔殼冷卻的過(guò)程中，空氣流動(dòng)在隕石表面吹過(guò)的痕跡，形似在面團(tuán)上按出的手指印。除了熔殼和氣印之外，隕石表面多會(huì)布有大小不一、深淺不等的凹坑，被稱為“熔坑”。

與普通巖石相比，除了外觀上的區(qū)別，隕石還有其他方面的特征，比如磁性和比重。因?yàn)榻^大多數(shù)隕石含有一定比例的鐵，所以95%的隕石都具有一定的磁性，能夠被磁鐵吸住。不過(guò)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化，磁性也會(huì)消失。另外，因?yàn)殡E石多含有鐵鎳，所以比重會(huì)比普通的巖石要大，只有極少數(shù)金屬含量極低的石質(zhì)隕石比重會(huì)與普通巖石相似。

在了解了隕石的這幾個(gè)主要特征后，我們基本上可以區(qū)分隕石與巖石了。但如果要進(jìn)行更為準(zhǔn)確的隕石鑒定，還需要借助專業(yè)儀器來(lái)分析。

隕石的成長(zhǎng)與分類

目前全世界已收集到四萬(wàn)多塊隕石樣品，按照其鐵、鎳、硅酸鹽等礦物質(zhì)組成的含量不同，大致可以分為石隕石、石鐵隕石和鐵隕石三類，另外還有一種特殊的“隕石”叫作玻璃隕石。

石隕石是指鐵鎳金屬含量小于等于30%的隕石，它的數(shù)量最多，占隕石總量的95%以上。1976年降落于我國(guó)吉林地區(qū)的隕石雨中，就有一塊1 770千克重的石隕石，被稱為“吉林一號(hào)隕石”，它也是當(dāng)前世界上單塊重量最大的石隕石。

◎吉林一號(hào)隕石

石鐵隕石中鐵鎳金屬含量約為30%～65%，這類隕石比較罕見(jiàn)，僅占隕石總量的1.2%，所以具有較高的收藏價(jià)值。

◎石鐵隕石

鐵隕石的鐵鎳金屬含量較石鐵隕石更高，因?yàn)殍F鎳金屬含量高，所以比重也更大，世界上最大的Hoba鐵隕石約有60噸重，不過(guò)后來(lái)遭到人為破壞，部分被切下進(jìn)行售賣。

鐵隕石

玻璃隕石比較特殊，因?yàn)樗⒎钦嬲摹疤焱鈦?lái)客”。與真正的隕石不同，玻璃隕石的化學(xué)成分主要是二氧化硅，說(shuō)明它們的物質(zhì)不是地外來(lái)源，而最可能來(lái)自地球上含硅質(zhì)較高的砂巖或花崗巖。經(jīng)研究推測(cè)，玻璃隕石是某種類似于彗星的天體高速撞擊在高硅質(zhì)的巖石地區(qū)，使地面物質(zhì)瞬間熔融，被撞擊出的熔融物質(zhì)經(jīng)濺射、高速飛行和迅速冷卻而成的特殊產(chǎn)物。

◎玻璃隕石

撞擊坑的形成

隕石撞擊地面形成的環(huán)狀凹坑被稱為撞擊坑，其形成大致分為三個(gè)階段：在接觸和壓縮階段，隕石和地面間會(huì)形成沖擊波，沖擊波在向四周擴(kuò)散的同時(shí)，還對(duì)隕石和地面進(jìn)行劇烈的壓縮，巨大的壓力和能量使隕石變?yōu)槿廴跔顟B(tài)。隨后的挖掘階段中，沖擊波繼續(xù)挖掘地面，形成一個(gè)過(guò)渡撞擊坑（transient crater），同時(shí)也將地表物質(zhì)濺射出去，有些落回了地面，有些則飛離了天體。第三階段叫作重塑，重塑過(guò)程與撞擊程度有關(guān)，撞擊大小不同會(huì)形成不同形態(tài)的撞擊坑。

◎接觸與壓縮

◎挖掘

撞擊坑的分類

如果隕石的撞擊力度較小，生成的是簡(jiǎn)單撞擊坑，又叫碗狀撞擊坑；撞擊力度大一些，生成復(fù)雜撞擊坑，撞擊坑中間會(huì)像水滴落下時(shí)彈起一樣回彈隆起，在中間形成中央峰，也叫中心錐；如果撞擊力度更大，中央峰也會(huì)繼續(xù)塌陷，形成內(nèi)環(huán)構(gòu)造，這時(shí)的撞擊坑叫作內(nèi)環(huán)撞擊坑；如果撞擊力度再大的話，甚至還會(huì)在撞擊坑外側(cè)形成多環(huán)撞擊構(gòu)造，成為多環(huán)撞擊盆地。

雖然我們講了不同的撞擊力度形成了不同類型的撞擊坑，但是其實(shí)“撞擊力度”在地球和月球上的界定標(biāo)準(zhǔn)是不同的，因?yàn)檫@兩個(gè)行星的各方面條件不同。

◎三種撞擊坑

◎撞擊坑直徑對(duì)比

◎復(fù)雜撞擊坑

◎內(nèi)環(huán)撞擊坑

◎太陽(yáng)系中最大的多環(huán)撞擊盆地——木衛(wèi)四的瓦爾哈拉撞擊坑

撞擊坑的數(shù)量

之前我們?cè)谥v隕石分類時(shí)，提到目前地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了四萬(wàn)多塊隕石，那么目前地球上發(fā)現(xiàn)的撞擊坑有多少呢？可以辨別的大約有180個(gè)，其中中國(guó)有1個(gè)。你可能會(huì)有疑問(wèn)，為什么加拿大和美國(guó)都有接近30個(gè)撞擊坑，而幅員遼闊的中國(guó)只有1個(gè)呢？

從地理位置上說(shuō)，大多數(shù)已知的撞擊坑位于大陸內(nèi)部比較穩(wěn)定的地區(qū)。中國(guó)地處歐亞大陸東南緣、印度板塊和太平洋（菲律賓）板塊交匯位置，不僅地表起伏巨大，還同時(shí)受世界兩大地震帶（環(huán)太平洋地震帶和地中海-喜馬拉雅地震帶）的影響，是地球上地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜的地區(qū)之一。因此，盡管《中國(guó)古代天象記錄總表》中保存了中國(guó)古代大量的隕石目擊記錄，但避過(guò)地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)存留至今的撞擊坑并不多。

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中國(guó)目前唯一被科學(xué)證實(shí)的隕石撞擊坑位于遼寧省岫巖滿族自治縣，其直徑約為1 800米，坑深約150米，被譽(yù)為“神州第一坑”?？茖W(xué)家推算，這里的隕石撞擊事件發(fā)生在5萬(wàn)年前，大約在3.9萬(wàn)年前開(kāi)始演變成如今所看到的碗形凹地。

◎神州第一坑

月球撞擊坑VS地球撞擊坑

提到月球上的環(huán)形山，想必大家印象深刻。其實(shí)通常來(lái)講，體積略大的撞擊坑就是環(huán)形山。當(dāng)然，也有人認(rèn)為月球上的部分環(huán)形山可能是月球形成初期，內(nèi)部高熱熔巖與氣體沖破地表噴射形成的，但由于月球已不再噴發(fā)熔巖，所以這種說(shuō)法難以證實(shí)。

我們知道地球上大約有180個(gè)撞擊坑，那么為什么它的近鄰月球卻有成千上萬(wàn)個(gè)撞擊坑呢？相信看過(guò)上期雜志的讀者朋友心中已經(jīng)有了答案，我們?cè)谏掀凇兜厍虻某芰Γ嚎涌油萃莸脑虑蚝推秸牡厍颉芬晃闹刑岬剑谶^(guò)去的45億年中，地球和月球都曾遭受過(guò)無(wú)數(shù)次的撞擊，地球引力更大，所以被撞擊的次數(shù)理應(yīng)更多，但由于地球大氣層的保護(hù)、地球上的風(fēng)化侵蝕作用、地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及火山噴發(fā)巖漿覆蓋，使得多數(shù)撞擊坑消失不見(jiàn)。地球上存在的撞擊坑形成時(shí)間大約在1 000年前到20億年前之間，不過(guò)2億年以前的撞擊坑中心已經(jīng)很難找到，地質(zhì)活動(dòng)已經(jīng)將這些撞擊坑像轉(zhuǎn)動(dòng)魔方般變換得面目全非。美國(guó)亞利桑那州的巴林杰撞擊坑是地球上保存較好的撞擊坑之一，也是世界上第一個(gè)被科學(xué)家確認(rèn)的撞擊坑。它形成于約5萬(wàn)年前，而6 500萬(wàn)年前形成的?？颂K魯伯撞擊坑雖然是地球上面積數(shù)一數(shù)二的撞擊坑，但現(xiàn)在在地球表面上已經(jīng)看不到它的痕跡了。

◎美國(guó)亞利桑那州的巴林杰撞擊坑

反觀月球，由于沒(méi)有大氣層，也就沒(méi)有空氣、風(fēng)、水的存在，所以難有侵蝕作用發(fā)生，也因此航天員登上月球時(shí)留下的腳印一直留存至今。月球上不僅沒(méi)有地質(zhì)構(gòu)造的變化，近30億年來(lái)也沒(méi)有發(fā)生過(guò)熔巖爆發(fā)，所以無(wú)數(shù)的撞擊坑不斷疊加，形成今天我們所見(jiàn)的“坑坑洼洼”。

細(xì)心的朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，月球上除了一個(gè)個(gè)大小不一的“坑”，還有很多放射狀條紋。這些條紋叫作“輻射紋”，月球上呈現(xiàn)放射狀斑紋結(jié)構(gòu)的環(huán)形山在60座以上。1968年，美國(guó)的勘測(cè)者7號(hào)月球探測(cè)器，拍下了第谷環(huán)形山的一些輻射紋。第谷環(huán)形山是月球上十分著名的環(huán)形山之一，在地球上用肉眼可見(jiàn)，它共有12條輻射紋穿過(guò)山脈、月谷，橫貫月海，其中最長(zhǎng)的一條輻射紋長(zhǎng)達(dá)1 800千米，最寬的一條寬度達(dá)20千米。

當(dāng)然不僅僅月球有輻射紋，左圖所示為“信使號(hào)”拍攝的水星，我們可以看到照片中部和右下角的撞擊坑周圍也有輻射紋，而右上角邊緣處的撞擊坑輻射紋甚至覆蓋了半個(gè)水星。這是因?yàn)樗菦](méi)有大氣層，而且更接近太陽(yáng)，所以撞擊水星的小天體速度相對(duì)更快，產(chǎn)生的輻射紋更明顯。

至于輻射紋是怎樣形成的，目前還沒(méi)有定論，但多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，火山噴發(fā)或者大的隕星體撞擊月球表面時(shí)，巖石以及巖石粉末等被拋向四周，后來(lái)這些物質(zhì)逐漸回落到月面而成為輻射紋。由于它們的反照率比較高，所以看上去顯得格外明亮。

◎水星上的輻射紋

我們會(huì)被隕石砸中嗎？

也許有同學(xué)會(huì)擔(dān)心，每天大約有200噸的地外物質(zhì)落入地球，我們會(huì)不會(huì)很容易被砸中呢？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，大家大可放心，根據(jù)加拿大西安大略大學(xué)的物理學(xué)與天文學(xué)教授、隕石學(xué)專家彼得·布朗的估算，大約每7年全球70多億人中會(huì)有一人被200克以上的隕石擊中，這樣的概率比中彩票的概率還低。這一結(jié)論也被美國(guó)普渡大學(xué)的隕石專家亨利·梅洛什教授采用其他方法證實(shí)了。

至今唯一一次得到證實(shí)的隕石墜落致人死亡事件發(fā)生于2016年印度的一所學(xué)校中，在這次事件中，一名客車司機(jī)被隕石砸中身亡，一名學(xué)生和兩名園丁受重傷。這顆肇事隕石長(zhǎng)約2厘米、質(zhì)量約50克，在它墜落后，地面上形成了一個(gè)深度和直徑均為1米左右的撞擊坑。

近些年來(lái)，最著名的隕石墜落致傷事件當(dāng)屬2013年的俄羅斯隕石墜落事件了，一顆直徑約為17米的隕石墜落時(shí)爆炸，產(chǎn)生大量碎片，形成“隕石雨”，造成1 200多人受傷。除此之外，可信度較高的記錄還有1991年烏干達(dá)一塊3.6克的隕石碎片在經(jīng)香蕉樹(shù)樹(shù)葉緩沖后打到一個(gè)小男孩的頭部；2009年一顆豌豆大小的隕石剮傷了一個(gè)德國(guó)少年的皮膚。早年間較出名的類似新聞還有1954年一顆重達(dá)4千克的隕石穿過(guò)美國(guó)女子安·霍奇斯家的房頂，在擊壞收音機(jī)后，彈到她的身上。幸運(yùn)的是隕石與其擦身而過(guò)，沒(méi)有危及性命，也沒(méi)有留下永久性傷疤。事后，這位女士反倒因?yàn)檫@次罕見(jiàn)又驚險(xiǎn)的“隕石襲擊”在當(dāng)?shù)刈呒t，并通過(guò)售賣這塊隕石，獲得一筆“意外之財(cái)”。

在中國(guó)古代典籍中也有不少關(guān)于隕石的目擊記錄，像在《中國(guó)古代天象記錄總表》中，到清朝末期為止，共有超過(guò)360次隕石目擊記錄、10起傷人記錄。甚至古文中不止一處記載了明弘治三年（1490年），甘肅發(fā)生的一場(chǎng)砸死上萬(wàn)人的隕石雨，但至今沒(méi)有充分的證據(jù)證實(shí)這一事件。

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2018年6月1日晚21時(shí)30分左右，西雙版納州勐海縣勐遮鎮(zhèn)上空一個(gè)巨大的火球從北偏西方向劃過(guò)夜空，并在曼倫村一帶爆滅隕落。后經(jīng)專家證實(shí)，這是一個(gè)隕石墜落事件。隕石經(jīng)與空氣摩擦燃燒爆裂解體成數(shù)百塊散落在長(zhǎng)12千米、寬1千米～2千米、面積為20～25平方千米的狹長(zhǎng)地帶。經(jīng)檢測(cè)，勐海隕石是來(lái)自天外流星體的普通石隕石，其主要礦物成分為橄欖石、頑火輝石等，具有碎裂結(jié)構(gòu)、微球粒結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)定名為：頑輝橄欖球粒隕石。

如今，隨著科技的發(fā)展，這樣的隕石傷人事件發(fā)生的概率會(huì)越來(lái)越低。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）和夏威夷大學(xué)合作研發(fā)了一套小行星撞地球預(yù)警系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ATLAS），該項(xiàng)目于2015年開(kāi)始部署調(diào)試，2017年正式運(yùn)行，其自動(dòng)化報(bào)警系統(tǒng)可以提前一周預(yù)報(bào)直徑為45米的小行星接近情況以及提前三周預(yù)報(bào)直徑為120米的小行星接近情況。像俄羅斯隕石爆炸事件中直徑為17米的隕石，這一系統(tǒng)大概提前一天可以預(yù)測(cè)到。

其實(shí)，小隕石砸人事件發(fā)生的概率非常低，而較大隕石的墜落，我們又可以通過(guò)預(yù)警系統(tǒng)提前預(yù)測(cè)到，并安排居民及時(shí)撤離，所以人類基本上能夠避開(kāi)絕大多數(shù)隕石的突然襲擊。

隕石與恐龍滅絕

雖然目前看來(lái)，隕石對(duì)人類沒(méi)有太大的威脅，但當(dāng)年致使恐龍突然消失的第五次生物大滅絕似乎與隕石撞擊地球有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。

關(guān)于恐龍滅絕的假說(shuō)曾有20余種，但在對(duì)?？颂K魯伯撞擊坑的研究逐漸深入后，隕石撞擊說(shuō)才在近些年得到了大家的普遍認(rèn)可。希克蘇魯伯撞擊坑是一個(gè)位于墨西哥的隕石撞擊坑遺址，它曾是地球上最大的撞擊坑。通過(guò)沖擊石英、重力異常、玻璃隕石等地質(zhì)證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，人們確定了該坑是由小行星撞擊事件造成的，又通過(guò)對(duì)巖石同位素的研究，確定其形成于約6 500萬(wàn)年前，與恐龍滅絕的時(shí)間剛好相符。但在對(duì)“K-T界線”進(jìn)行研究之前，這些證據(jù)仍不足以證明是隕石撞擊地球?qū)е铝丝铸垳缃^。

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?？颂K魯伯撞擊坑曾經(jīng)是地球上最大的撞擊坑，后來(lái)“最大撞擊坑”的地位被形成于2.5億年前、現(xiàn)封存于南極洲冰層下的威爾克斯地撞擊坑取代。

◎小行星砸中墨西哥尤卡坦半島的假想圖

K-T界線（K-T boundary）是介于白堊紀(jì)與第三紀(jì)之間的界線，該邊界以下的巖石中有豐富的恐龍化石，而在邊界以上卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)恐龍存在的任何痕跡，因此對(duì)該層巖石的研究能還原6 500萬(wàn)年前的情況。1980年，科學(xué)家在對(duì)全球許多地區(qū)K-T界線的巖石黏土的研究中發(fā)現(xiàn)，有一種稀有金屬銥的含量是地球正常含量的232倍，那么哪里會(huì)有這么多金屬銥?zāi)兀看鸢甘翘?，因?yàn)檫@種濃度的金屬銥只在隕石中發(fā)現(xiàn)過(guò)。按照銥的含量推算，撞擊地球的小行星直徑約為10千米，如此大的物體撞擊地球，以地震強(qiáng)度來(lái)計(jì)算，震級(jí)大約為里氏10級(jí)。要知道，人類歷史上震級(jí)最大的地震是1960年智力的8.9級(jí)大地震，釋放的能量相當(dāng)于100多萬(wàn)顆廣島原子彈的能量，震級(jí)每差一級(jí)，釋放的能量相差約幾十倍，由此可想而知直徑10千米的小行星撞擊地球會(huì)產(chǎn)生怎樣的能量。

假說(shuō)有了，但是哪里有與之相符的撞擊坑呢？20世紀(jì)90年代初有研究計(jì)算表明，中美洲加勒比海地區(qū)附近應(yīng)有未知的大型撞擊坑，隨后許多科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)各種方法，都證實(shí)了墨西哥尤卡坦半島希克蘇魯伯撞擊坑的存在。

◎墨西哥尤卡坦半島的重力異常圖

讓我們想象6 500萬(wàn)年前的那一天，恐龍們正在無(wú)憂無(wú)慮地吃喝玩鬧，突然空中閃過(guò)一道白光，一顆直徑10千米、城市般大小的隕石以百倍于音速的速度沖向大海。當(dāng)隕石的一端抵達(dá)地表時(shí)，另一端還在10千米的高空中，那大概是飛機(jī)飛行的高度。它輕而易舉地撕開(kāi)海面，在海底砸出了一個(gè)直徑250千米至300千米的撞擊坑，海水迅速汽化，蒸汽射入數(shù)萬(wàn)米的高空，高達(dá)5千米的海嘯以極快的速度橫掃著地球上的一切，而這顆巨大的隕石在繞過(guò)半個(gè)地球后，在地球的背面撞落。強(qiáng)大的能量使地球板塊運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，火山爆發(fā)、冰川融化、植物毀滅……灰塵充滿大氣層，陽(yáng)光終年難以照射到地面，蒼茫大地一片死寂，長(zhǎng)達(dá)億萬(wàn)年之久的恐龍時(shí)代就此終結(jié)。

當(dāng)然從另一方面來(lái)看，處于霸主地位的恐龍的滅亡，也為哺乳動(dòng)物及人類的登場(chǎng)提供了契機(jī)。另外，科學(xué)家們?cè)诤剂扛叩碾E石中發(fā)現(xiàn)了大量的核酸、脂肪酸和氨基酸等有機(jī)物，因此，看似一直在破壞地球的隕石，似乎與地球上生命的起源也有著非常微妙的關(guān)系，你和我很有可能也都是它的肇事證據(jù)。