其他星球上也有隕石嗎

蔣云

什么是隕石？2000多年前，漢代史學家司馬遷在《史記·天官書》中，只用寥寥數(shù)語便給出了其定義：“星墜至地，則石也。”意為來自外太空的巖石，經(jīng)由地球大氣層摩擦、燃燒后，墜落地表時剩余的碎片。

根據(jù)國際隕石公告，目前地球上收集到的隕石有7萬多顆，其中99.8% 來自火星和木星之間的小行星帶，只有0.2% 來自月球和火星。地球有一個比較厚的大氣層，能將大部分墜入的隕石汽化，而且地表強烈的風化作用也能將其墜地的碎片分解。盡管如此，地球上仍能發(fā)現(xiàn)如此之多的隕石，那么，其他星球上是否也能發(fā)現(xiàn)隕石呢？

內(nèi)太陽系的4顆巖石行星中，水星離太陽過近，金星的大氣層過于濃厚，這兩顆行星上暫無有關隕石的發(fā)現(xiàn)。巖石天體月球，其表面密密麻麻的撞擊坑是40多億年以來小行星或彗星不斷撞擊形成的，盡管撞擊的高強度能量導致大部分物質(zhì)汽化，但是相比地球，月球表面近似真空的環(huán)境使其更完整地保留了行星際物質(zhì)輸入的證據(jù)。火星的大氣層稀薄，離小行星帶比地球更近，理應有更多小行星隕石造訪。而且由于月球和火星表面干燥的環(huán)境以及缺乏地質(zhì)活動，掉在其表面的隕石能夠保留的時間比地球更長。下面就列舉一些迄今在月球和火星上發(fā)現(xiàn)的著名隕石。

哈德利月溪隕石

哈德利月溪隕石是1971年阿波羅15號任務期間在月球上鄰近哈德利月溪的區(qū)域發(fā)現(xiàn)的，約2毫米大小，在帶回地球的月壤樣品中被識別出來。它是一顆頑火輝石球粒隕石，是在地球以外的太陽系天體上發(fā)現(xiàn)的第二顆隕石。

隔熱罩巖隕石

隔熱罩巖隕石是美國機遇號火星車于2005年1月在火星上發(fā)現(xiàn)的一顆籃球大小的鐵隕石。機遇號完全是在偶然中發(fā)現(xiàn)這顆隕石的，因為它就在火星車丟棄的隔熱罩附近（因此得名）。這是第一顆在地球以外的行星上發(fā)現(xiàn)的隕石，也是在地球之外的太陽系中發(fā)現(xiàn)的第三顆隕石。

黎巴嫩隕石

2014年，好奇號火星車在駛向夏普山的途中發(fā)現(xiàn)一塊巨大的隕石，被科學家命名為“黎巴嫩”（又稱“怪獸”）。其寬近2米，由金屬鐵組成，在其附近還有一個較小的塊體。該隕石的發(fā)現(xiàn)地較平坦，沒有留下撞擊坑，可能是因為經(jīng)過數(shù)百萬年甚至數(shù)十億年的侵蝕而被抹平了。黎巴嫩隕石是好奇號于2012年登陸火星后發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石。

卵石隕石

2016年，好奇號火星車在夏普山發(fā)現(xiàn)一塊高爾夫球大小的隕石。好奇號搭載的化學相機第一次發(fā)射激光脈沖對其進行成分分析，確定為一塊鐵隕石，好奇號科學團隊因其外觀將其命名為“卵石”。

可可隕石

好奇號于2 0 2 3年1月2 8日又有新發(fā)現(xiàn)， 在夏普山的含硫酸鹽區(qū)域發(fā)現(xiàn)一個銀白色的“疙瘩”（直徑約30厘米），在周圍鐵銹色的背景下格外醒目。通過好奇號搭載的化學相機發(fā)射的激光脈沖，確認其成分為鐵、鎳金屬，并取名“可可”。

首塊疑似地球隕石

在太陽系早期，由于受巨行星木星和土星軌道遷移的影響，內(nèi)太陽系星體之間的相互碰撞十分頻繁。既然月球和火星巖石能通過小行星撞擊被地球捕獲，那么地球巖石理應也有機會通過小行星撞擊飛濺到月球和火星上。

阿波羅14號任務帶回的巖石樣本中有一個角礫巖塊，編號14321，重約9千克。切開這塊巨石，研究小組發(fā)現(xiàn)一個花崗質(zhì)巖屑，其中包含兩顆鋯石。鋯石是其形成過程中時間、溫度和壓力的忠實記錄者，是研究類地行星巖漿演化歷史的極其重要的礦物。迄今地球上最古老的巖石樣品就是在澳大利亞杰克山發(fā)現(xiàn)的鋯石，于44億年前結(jié)晶形成。阿波羅14號任務帶回的樣品中發(fā)現(xiàn)的這兩顆鋯石大約有41億年的歷史，形成于太陽系早期被稱為“晚期重轟炸”的動蕩時期。

研究小組根據(jù)這兩顆鋯石中的鈦元素含量，推測這個結(jié)晶壓力對應月表以下170千米深度，而雨海附近的撞擊坑深度只能達到30～70千米。然而在地球上，這個結(jié)晶壓力對應的地下深度僅約20千米，這個深度很容易被撞擊出來，從而有可能濺射到月球表面。另外，這兩顆鋯石對應的結(jié)晶溫度和氧逸度指示是富氧和富水的環(huán)境，這在月球上是極其罕見的，但富氧、富水的環(huán)境在地殼中很尋常。因此研究小組認為，這兩顆鋯石是在地殼環(huán)境中形成的，受到小行星撞擊后濺射到了月球表面，是其他星球上發(fā)現(xiàn)的第一塊地球隕石。

也有觀點認為，這兩顆鋯石代表的巖石樣本是月球形成雨海盆地時的撞擊碎片，即來自月球深部，而非來自地球。畢竟，地球有很厚的大氣層，其逃逸速度（11.2千米/秒）比火星（5.0千米/ 秒）和月球（2.4千米/ 秒）快得多，因此在火星和月球上找到地球隕石的概率應非常低。

首次在月球背面發(fā)現(xiàn)隕石

嫦娥四號探測器于2019年1月成功著陸于月球背面的南極- 艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑中，其搭載的玉兔二號巡視器隨后對月表開展巡視探測。2021年，國家空間科學中心劉洋研究團隊基于獲取的具有超高空間分辨率的影像與光譜數(shù)據(jù)，首次在月表原位識別出了年齡在100萬年以內(nèi)的碳質(zhì)球粒隕石撞擊體殘留物，這是國際上首次在月球背面發(fā)現(xiàn)隕石證據(jù)。碳質(zhì)球粒隕石富含有機物和水，表明碳質(zhì)小行星撞擊可能至今仍在為月球提供水源。

小行星撞擊貫穿了月球和太陽系其他類地天體的形成與演化歷史。除了上述著名的隕石代表，以英國曼徹斯特大學喬伊教授為代表的學者在阿波羅 11號、12號、15號、16號以及月球16號帶回的月壤中，發(fā)現(xiàn)了大量的微隕石（直徑20～300微米），其中不僅包括地球上常見的球粒隕石和鐵隕石，還有地球上暫時沒有發(fā)現(xiàn)的富銥的鐵隕石。

在太陽系早期，星體間的撞擊規(guī)模大、頻率高，隨著時間推移，規(guī)模和頻率雖然均大幅降低，但撞擊依然在不斷發(fā)生。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2009—2016年，月球表面新增加了至少222個隕石撞擊坑，比研究人員預期的要多出33%，這意味著，“未來在月球上執(zhí)行考察任務的航天員必要時還需要蹲下躲避太空巖石的迎頭撞擊”。由于月球沒有大氣對隕石進行減速，因此即便是毫米級的小隕石，也能像子彈一樣高速度地長驅(qū)直入，對人員和設備安全構(gòu)成巨大威脅，這將是中國未來建設月球基地不得不直面的重大課題。

本文轉(zhuǎn)自微信公眾號“中國科學院紫金山天文臺”