陨石—来自太空的入侵者
摘译自：National Geographic/ Meteorites —Invaders Form Spsce
(美国《国家地理》杂志 1986年9月刊第390—418页)
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(雷公墨博览网站撰稿人)
一、陨石与太空
从亚利桑那州巴林杰陨石坑内曝光15分钟所拍摄的照片获得的信息，可见一颗来自双子座流星雨的流星划过夜空，同时留下满天星星运动留下的轨迹。每年有数以千计数以吨计的外星物质降落到地球，其中大部分未被发现，通常在坠落前为突破地球的大气层强烈燃烧而毁灭。
大约在5万年前，美国亚利桑那州北部卡农迪亚波罗一带，突然有一片比太阳还明亮的耀眼光芒照亮了天空，一个火球以不可思议的超高速度飞向地面，可怕的光辉突然降临地球，发生了强烈爆炸。数百万吨的岩石被喷射出来，形成巨大的圆锥形岩屑流体。一股巨大的冲击波将方圆数英里的树木夷为平地，野火四处燃烧，烧焦大片土地。
由于大量粉碎的岩块、灰尘和烟灰被抛到平流层很远的地方，挡住了太阳，黑暗笼罩四野。经过很久，当风雨驱散面纱时，露出第一缕微弱的光线，显现出一片荒凉的景象。在火球撞击的地方，一个高高的边缘包围着地球伤口，规模达4000英尺宽、750英尺深，这就是亚利桑那陨石坑。近年来，科学家们对称之为陨石的外星来客，以及可能因它们形成的陨石坑有了极大的了解。我们知道坠落的火球由一块巨大的铁和镍所造成。
插图说明：亚利桑那陨石坑就是这次宇宙爆炸留下的伤疤，是地球上被研究最多的撞击结构。陨石坑直径近一英里，原本有750英尺深。这座被雪覆盖凹坑被认为是大约5万年前一块30万吨陨石造成的。能释放类似核武器爆炸能量的这种规模的陨石，大概每千年坠落不到一次。陨石坑左侧的火山口，像是一个推土机推平的牲畜池塘。
据美国地质调查局的陨石及其陨石坑的研究权威舒梅克研究估算，当年火流星直径135英尺、质量达30万吨，以每秒12英里的速度坠落。它的破坏力相当于15百万吨级的炸弹，其威力是圣海伦斯火山爆炸的两倍、广岛原子弹的爆炸的一千倍。幸运的是，这种大小的物体很少坠落到地面，平均每1300年左右坠落一次。舒梅克估计，一颗直径6到7英里的陨石，大约每6500万年至1亿年就会撞击地球一次，撞击还留下的大量的坑体。
插图说明：1970年，在俄克拉何马州城市附近，科学家通过一张记录陨石坠落的照片发现了一块陨石的碎片，这是十年守夜监视的成果。科学家尤金、卡洛琳—舒梅克对威胁地球的宇宙活动很感兴趣，他们通过照相机监视天空达十年之久。
虽然在人们的一生中遇见如此巨大撞击的几率很小，以至于没有理由担心它们，但当你得知地球受到来自太空的持续轰击时，你可能会感到震惊。穿透地球大气层的流星物质每年约有2万吨，每天多达50吨，这些物质的大部分个体很小，一般为灰尘颗粒或沙粒的大小，较大的物体从几盎司到一吨或更大。尽管坠落到地球上的物质量很大，但目前已知被陨石击中的只有一人。1954年美国亚拉巴马州的一名妇女被一块8.5磅重击穿屋顶的陨石砸中，导致臀部严重淤青。这事件的实际，正好与已出版发行20年之久的《星星降临亚拉巴马》歌曲所描绘的浪漫故事相反。在1971年、1982年有两块陨石分别击穿了康涅狄格州韦瑟斯菲尔德的房子屋顶，但都没有造成人员受伤。
穿过太空但没有在大气层中烧尽而降落地面的物体，那就是陨石。陨石并不易发现，不少毕生致力于寻找陨石的科学家证明了这一点。除了近年来在南极洲发现的大量陨石外，每年在陆地上新发现并载入清单的陨石仅有10到20个，其中不少已经碎成无数的碎片。从已收集到的陨石研究结果表明，90%以上的陨石是由石质陨石、石质与铁的混合物组成。因铁陨石具有磁性、比重大等更容易与普通岩石区分而最易找到。通常通过陨石的外表、密度来识别。石陨石通常会有一层薄薄的黑色熔壳，证明在短暂的大气层飞行中岩石表面已经加热到炽热而熔化状态，而其内部仍然是冷的，内冷外熔形成硬壳。
亚利桑那陨石坑也称巴林杰陨石坑( Barringer Crater )，以1903年声称拥有这个巨坑的工程师命名，他希望能在此发现大陨石，但没有成功。目前世界上已知最大的单体陨石，是非洲西南部纳米比亚北部城镇格罗方丹附近的霍伯（hoba）陨铁石。它是一块黑色的、生锈的陨铁，形状似方形的石墩，它超过九英尺长、三英尺宽，还有一半埋在地下，掩盖了它的巨大质量，测量估计为66吨，经取样测试其成分主要为铁和镍。
霍伯陨石于1920年被发现，但厚厚的铁锈表明它应是在史前时代坠落的。科学家指出，一颗同样大小的石陨石毫无疑问将被支离破碎，但铁陨石因更坚硬而容易保存。推测这块陨铁以很低的角度坠落，因大气阻力比一般的陨石坠落小得多而保存完整。
目前已知的第二大的陨石是阿尼格托，早在1818年被爱斯基摩人于西格陵兰发现。它是约克角铁陨石的一部分，当地人艰难地捣碎它用来制造鱼叉尖和刀子。19世纪90年代末，北极探险家罗伯特·皮里设法将这块34吨重的怪物搬上他的300英尺大船并运到美国。如今它是纽约市美国自然历史博物馆罗斯陨石大厅的核心展品。
二、陨石的演化
我们所见的陨石起源于46亿年前太阳系的大漩涡。太阳星云中的尘埃颗粒逐渐积聚成更大的天体，称为微行星，最终它们被分化为重元素，像铁元素沉到核心部位，而较轻的如硅酸盐则上升到表面。小微行星不断地碰撞、断裂分离和再碰撞，形成了结构不规则的大行星，其中心部分主要成分是铁，其顶部外层是石质成分。
插图说明：陨石分为三大类：石头，铁，石铁。不少来自富陨石的南极洲。碳质球粒陨石是石头的一个亚类，非常稀少。不少陨石成为科学家的巨大财富。
在火星和木星之间的小行星带存在大量碎片，有些碎片受到木星等星球引力的牵引偏离原有轨道，最终落向地球。流星体高速穿越太空并掠过大气层时便形成流星，成为撞击地球的陨石。因为撞击地球而抛向太空的碎片，有时会落回地面，形成了玻璃质熔融石 (玻璃陨石，Tektites)。
在太阳系前期的7亿年，陨石以很高的频率轰击行星和卫星，此后陨石的活动大大减缓。在汉语、希腊语、罗马语、圣经等古代典籍中都有陨石坠落记载，但对此人们常常深表怀疑，有些人认为这些奇怪的石头是被闪电击中而形成的。直到18世纪后期，科学家才开始认识到陨石是地外物质。1803年法国科学院组织调查了法国拉埃格尔附近的一场陨石暴雨，发现了2000到3000颗陨石，最大的约20磅。
通过陨石，可以了解太阳系形成起源。在地球存在的46亿年中，它们一直在木星和火星之间围绕太阳运行的小行星带当中，由数不尽的大块岩石和行星形成后遗留下来的小行星组成的。另一个可能的来源是彗星，它们周期性地从冥王星之外的遥远空间飞来，绕着太阳旋转，然后再次消失在未知世界。
插图说明：数以吨计大量而谜一般的玻璃陨石，散布在美国西南部、中欧、西非、亚澳等地球表面广阔大地上。虽然它们的起源一直是激烈争论的话题，但大多数科学家认为它们是由巨大的陨石撞击地球而溅起的。上图是来自澳大利亚的钮扣形玻璃质熔融石样品，显示出典型的烧蚀作用的前部，右侧和后部的状态。
日本和美国探险队在南极考察，发现了大约7500块陨石碎片，许多保存完好，这要归功于它们被长期封存在冰中。其中有与月球物质非常相似的标本，表明是从月球表面被撞击飞射出来的。
（上左图为月球陨石；右图为橄榄石铁陨石切片）
三、地球麻子脸
目前已知的116个撞击坑中，有13个已经明确与陨石有关。虽然在其余103个陨石坑附近尚未发现陨石，但化学和矿物学特征表明它们可能是撞击构造，它们被认为是由大型陨石的超高速撞击造成的。在地球发展的早期，这些陨石进入大气层之前速度受大气摩擦的影响很小，但在撞击地球前几乎全部蒸发，否则地球将会像月球布满坑痕。然而，地球表面经漫长风化与板块构造等地质运动的持续作用，消除了大量撞击的记录的痕迹。
有些科学家认为是彗星的核子或碎片将燃烧掉。当彗星离开深冻结的空间，并在其发夹状的轨道上接近太阳时，由水、二氧化碳、氨和甲烷组成的“冰”将开始升华，即从固体直接变成蒸气。彗星有时会爆炸，释放出小颗粒气体和尘埃绵延数百万英里，形成了像哈雷彗星那样薄膜状的尾巴。经近几个月观察员发现，经过多次绕太阳飞行后，变成直径不超过一英里左右的黑色小外壳。因引力摄动导致轨道偏移，慧星核也可能在近地轨道上成为撞击地球的陨石母体。
插图说明： 1492年德国记录当年280磅重陨石坠落阿尔萨斯的恩塞斯海姆镇（ Ens is heim ）的木刻画。德国国王马克西米利安（Maximilian）下令将这块石头作为上帝对敌人打击的标志予以保存。同年，哥伦布在横渡大西洋时报告说有一段奇异的火光落入海里。
1908年6月30日的清晨，在西伯利亚遥远的森林里发生了一场令人震惊、场面壮观而极其神秘的天文事件，一团可能致盲的耀眼火球在空中飞过，在距通古斯河源头约6英里的大气层中爆炸。这场灾难性的爆炸声在至少600英里外都能听到，空气冲击波环绕着地球。在离事发地点25英里的地方，一群游牧民被冲击波从帐篷里抛了出来。在10英里外的一个贸易站，一个人被击倒在地失去了知觉。期间整个西欧出现白夜，夜里可以很容易地阅读报纸。在接下来的两个月里，因在大气层高处的尘埃反射光线，遥远的西伯利亚的夜空依然明亮。
通古斯事件发生在沙俄年代，直到将近二十年之后才有苏联科学勘测队前往出事地点进行调查。他们发现大面积的原始森林被冲击波击倒，大量树木呈辐射状倒伏枯死。但谜中有谜的是，现场竟未发现陨石坑，也未发现任何陨石碎块，尽管在泥炭中沉积了少量的宇宙物质。
通古斯事件的起因是什么？有不少假说。其中包括受到外星飞船袭击、黑洞作用等等。但这些假设让人无法相信。现在普遍认为，通古斯和迪亚波罗陨石坑一样，是一次流星袭击事件，由于火流星爆炸太猛烈，冲击波没有到达地面便爆炸了，冲出一个撞击坑。科学家估算出通古斯天体袭击的破坏力相当于一个十兆吨级的爆炸。但是专家们对它是否是小行星物质，还是彗星核子的碎片看法不一。事实上，大部分流星雨都可以追溯到彗星。十二月的双子座源自阿波罗小行星，小行星中含有碳质球粒陨石，不排除其中一颗小行星是通古斯大爆炸的来源。
通古斯是历史上这类事件最大的谜团。流星对观察地球的人来说已是司空见惯的景象。然而，我们能看到流星体坠落到地球上吗？而更罕见的是陨石在坠落后被观测到。科学家极为珍惜如此的陨落，因为这些陨石是新鲜的，很可能没有受到地球物质的污染，而且总有希望每一块新的陨石都会提供一些不一样的东西，可能会揭开太阳系的其他秘密。
一个引人注目的例子是罕见的阿连德碳质球粒陨石，1969年2月8日凌晨坠落在墨西哥奇瓦瓦州。它令人恐惧的声震可以在很远距离外听到，并且在美国西南部的大部分地区都可以看到燃烧的火球。它还在飞行的时候被分成几千块，估计有一块四吨重的陨石差点就砸到了阿连德市的邮局，这就是陨石的名字的来源。这些碎片以椭圆形的模式散布在地面上，覆盖了100多平方英里。几乎所有的大型石陨石都会碎裂并落在陨石暴雨中。
当时众多的博物馆、实验室研究人员，大学师生等人们纷纷赶到现场搜集样本，收集量达两吨重。阿连德陨石较容易收集，因为掉落在开阔的沙漠地区，但陨石个体较小也不好找。美国宇航局科学家、约翰逊航天中心月球接收验室馆长埃尔伯特金，他期盼有机会使用来自空间的材料来校准将用于检查月球材料的伽马射线分光计。在陨石坠落后的104小时内，金的光谱仪正在对阿连德样品中的伽马射线进行计数。仅仅在5个月之后，美国阿波罗11号的宇航员带回了第一块月球岩石和土壤，对月球怀有巨大兴趣的里亚尔利用先进设备开展研究。
6500万年前的生物大灭绝一直困扰着科学家们。早在1980年阿尔瓦雷斯等人大胆提出巨大陨石撞击的理论。他们发现在全球分布有白垩纪和第三纪地层之间的一层富含稀有元素铱的粘土，认为铱和其他元素是由彗星或巨大的小行星造成的毁灭生命的撞击产生的放射性尘埃。一段白垩纪的石灰岩嵌有许多微型浮游生物的化石，而在第三纪的数量要少得很多。
科学家提出大灾变的模型：一颗直径六英里的陨石，在6500万年前以每秒12英里的速度撞击海洋，几乎在瞬间将地壳和地幔切割25英里，引发巨大的海啸。约1万立方英里的物质被喷射出来，喷出的熔融岩石立即引发海底火活动，最终形成一个125英里宽的火山口。撞击和随之而来的火山活动，将炽热的气体和尘埃抛送到了远离大气层的上空。云层沉降并扩散直到覆盖全球，阻挡了维持生命的太阳能，最终导致大量物种灭绝。
在6500万年前的白垩纪和第三纪的交界处，记录了陆地和海洋的种群都发生了突变。在大灾变使大部分爬行动物灭绝之前，大大小小的爬行动物占据了整个世界。在为数不多的幸存者中，有我们今天熟悉的海龟、鳄鱼和蛇。哺乳动物从以前的无足轻重变成了土地的主人。大量的植物和动物种类从记录中消失成了化石，包括恐龙，它们已经减少或已灭绝。
堪萨斯州麦弗逊学院生物学教授哈维尼宁格，他经常在农庄聚会、教会聚餐和其他聚会中谈论到陨石并展示样品，让翻犁土地的农民提供发现陨石的线索并以搜集。通过这种方式经营50年，尼宁格建造了有史以来最大的私人收藏馆，收集了代表690块陨石的6000块碎片，一部分收藏在伦敦大英自然历史博物馆，其余在坦佩的亚利桑那州立大学。
在所有的地方中最难发现陨石的是南极洲。1969年日本大和号在一次在山上探险中，偶然发现了一批陨石，此后远征和日本人、美国人都展开搜查，已收集了大约7500个标本，大大增加了科学家的陨石数量。
在南极洲，向海洋流动的冰有时会被封闭，并被大部分隐藏在地表下面的山脉推进。因为温度低，被阻挡的冰不会融化，但在强风的吹拂下，它会升华成为蒸汽逸散。被冻结在冰冻蠕动带中的陨石就这样暴露在表面上并逐渐积累。这片大陆上的降雪少得惊人，因此只要勤奋搜寻，就能在浅蓝色冰层的映衬下发现来自太空的黑色物体。这些冰封的陨石中，有许多是在几十万年前坠落的，有些还被严重风化。由于气温低，环境相对清洁，有些保存得很好。科学家煞费苦心地确保它们不被污染。在干净的特氟龙袋的保护下，这些石头被冷冻起来，直到它们到达休斯顿，在那里它们在最初为月球样品设计的加工柜中被打开。令人惊讶的是，其中4个被认为是来自月球撞击到太空中的月岩，因其化学和矿物组成与在月球上采集的样品极为相似。有一颗南极陨石被认为来自火星。
到目前发现的最大一组是石陨石，其中最常见球粒陨石，因含有大量的球形硅酸盐碎片而得名，有些球粒可能和豌豆一样大，但大多数是毫米大小或更小。球粒陨石具有特殊的重要性，这些球粒从未发现产于地球，因此代表了太阳系形成时存在的远古物质，并且它们在行星体内没有融化，保存着原始状态下的重要信息。
夜空中许多流星都是由沙粒大小的颗粒是引发的，在大气层高度的较小颗粒处于漂浮状态。在深海岩心中发现极小的玻璃状球，称为微粒玻璃陨石。与太空尘埃不同，它们不是外星生物；它们只是被称为玻璃陨石tektites的更大的玻璃物体的缩影，只在地球的某些地发现。这些物体曾经被一些人认为是来自月球，但它的化学成分是地球表面的，而不是来自月球。现在几乎所有的学者都认为 tektites是由巨大陨石撞击地球产生的熔液滴，一些表现出强烈的消融或融化作用。在捷克斯洛伐发现了一种称为捷克紫玉石的玻璃陨石，大约有1500万年的历史，被认为是从24公里外的德国里斯（Ries）陨石坑拋掷而出的。另一个群体被称为科特迪瓦玻璃陨石，可能在约100万年前来自10.5公里外的加纳博苏姆特维陨石坑。其他的玻璃陨石来源不确定，分布在澳大利亚、东南亚、北美洲和苏联。
地球上的环形山，与陨石明确相关的有13个撞击点。它们包括得克萨斯州的敖德萨、堪萨斯州的哈维兰陨石坑，以及澳大利亚、苏联、阿根廷、波兰和沙特阿拉伯的其他陨石坑。超过100个其他陨石坑缺乏真正的陨石，但仍然被视为陨击结构，因为它们含有一定的变形特征和标志矿物。一种是柯石英，它是由石英在2万倍大气的压力下形成的二氧化硅晶体，另一种高压形成的硅石矿物。这两种矿物在1960年以前都不为人知，但今天它们被公认为是陨石撞击的标志或密码。
（标题照片说明：1972年8月10日，一张由业余摄影师偶然拍摄的照片中，一颗重达1000吨的大陨石在怀俄明州杰克逊湖飞过，陨石在提顿山脉上空留下飞行痕迹）
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