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新知 | 揭秘身边的“天外来客”——微陨石

2020/10/15 9:31:01 来源:全国党媒信息公共平台 浏览:

来源:交汇点新闻客户端

交汇点讯 你注意过屋顶上或者路边的细小尘埃吗?或许,不起眼的它们中就有你曾想过要收藏的“天外来客”。提起陨石,很多人都有所耳闻。但是微陨石呢?中国科学院紫金山天文台天体化学和行星科学实验室副研究员廖世勇曾这样描述过自己心目中的微陨石——容易湮埋于尘土,仍可闪耀与生俱来的光芒。 什么是微陨石?廖世勇告诉《科技周刊》记者,微陨石是指穿越大气层到达地表的粒度小于2毫米的地外尘埃颗粒,直观的理解就是“陨石的微缩版”。“微陨石最大的特点当然是小,凭借肉眼难以分辨。其实还有另外一个显著特点,那就是和常规的陨石相比,虽然我们很难察觉,但实际上更为常见,普通人也可以在身边找到它们。”

微型“天外来客”,如何造访地球?

众所周知,陨石是地外天体的碎片穿越大气层陨落到地球上形成的。微陨石的形成机制和普通陨石类似,是脱离地外天体引力的碎屑或尘埃,在坡印亭-罗伯逊力和/或轨道共振作用下,向内太阳系迁移,并被地球引力捕获降落地表形成。 廖世勇表示:“在太空中,微陨石没有经历与地球大气层的作用,因此将它们称为宇宙尘埃可能更合适。”在太阳系中,这些尘埃主要沿黄道面分布,弥漫于行星际空间。我们在地球上能够观测到的黄道光,就是这些细小尘埃对太阳光的散射形成。不过,这些宇宙尘埃通常具有很高的速度,可能对没有大气层保护的天体和人造飞行物表面等造成破坏。 2018年,国际空间站曾出现轻微漏气的情况,科研人员初步查找发现,可能就是太空微陨石撞击空间站上对接的俄飞船出现微小裂缝所致。 当微陨石造访地球时,它们的“杀伤力”几乎降为零。因为粒度细通量小,通常情况下微陨石对地球的影响可以忽略不计,人们也难以感受到它们的存在。 但是,“人多力量大”也在微陨石身上得到了展现。廖世勇告诉记者,在一些特殊时期,比如4亿多年前的一次直径一百多公里的小行星母体的裂解事件后,到达地球的微陨石通量突增了3-4个数量级,持续时间长达数百万年。“有观点认为,这种微陨石突增曾对当时地球古气候、环境以及地球生命演化产生了重要影响。” 那么,流星雨和微陨石有什么关系呢?廖世勇解释,在全球范围内,微陨石和流星雨是没有关系的,但局部则有。“微陨石就像下雪一样,是小尘埃从小行星带以及太阳系更遥远的地方降落到太阳上,“雪量”通常很稳定。地球只是捕获到了其中很小一部分。而流星则像砸在地球上的雪球,会导致流星降落的那个小区域微陨石量急剧增加。但相对整个地球而言,它出现的概率还是低的,也不会导致整个地球的微陨石增加。”

微陨石自带“扩音器”,或揭秘“宇宙大事件”

“通过微陨石,我们能够研究地外物质类型、来源和通量等信息,进而获得太阳系形成和演化历史的知识。”廖世勇表示。 从古至今,地球上降落的微陨石不计其数。不过,由于微陨石在地表环境保存时间有限,目前人们研究最多的还是现代微陨石,也就是降落时间大概在100万年以内的微陨石。“对于其他时代,比如几亿年甚至几十亿年前的微陨石,科学家是通过溶解相应时代的碳酸盐岩地层获得。因为这些地层已经通过其他方式知道了年龄,所以我们也就能知道其中微陨石降落的年代了。要确定微陨石的来源,需要分析它们的元素和同位素组成,再与已知的源区进行比对,从而推测微陨石最可能的太空来源。” 虽然微陨石身材“迷你”,但作为“天外来客”,它们经历的磨难并不少。廖世勇说,相当一部分微陨石在进入大气层时会发生部分甚至完全熔融,因为表面张力形成了漂亮的球状,同时成分和内部结构也发生了改变,这种一般被称为熔融型微陨石。当然也有不少“幸运儿”被称为“未熔融型微陨石”,基本原汁原味地保留了它们从遥远太空出发时的信息,未熔融型微陨石也是科学家们最为青睐的类型。 廖世勇表示,和那些体格硕大的“老大哥”陨石一样,微陨石也能够帮助人类认识太阳系的演化历史,为研究地外物质类型、通量和源区性质等提供重要信息。 除此之外,它们甚至还有些老大哥们没有的“独门绝技”。比如它们类型丰富,能够协助追踪陨石所不能涵盖到的源区信息;含有丰富的前太阳系颗粒,能够帮助我们探寻太阳系的前世今生。甚至有科学家借助熔融型微陨石在穿越大气层时与大气反应所记录的信息,还原了27亿年前地球大气层上部的氧含量,深入揭示了人类赖以生存的地球大气层的形成和演化过程。“所以,别看它们‘微不足道’,却大有作为,不可替代。”廖世勇说。

追问陨石猎手,在哪里可以发现微陨石的踪迹?

科学家研究发现,每年降落到地球表面的微陨石总量超过千吨,然而考虑地球5亿平方公里的表面积,这点重量的微陨石有如撒胡椒粉。“此时它的微小反而成了优势,因为这使得微陨石的降落概率变得相当“亲民”。据估算,在一平方米的地球表面,一年中会有1粒微陨石降落。 微陨石爱好者戚浩存告诉记者,“亲民”的微陨石无处不在,不论是在高山之巅,极地雪原,寂静深海,还是繁华都市,都有它们的踪迹。然而,要找到它们却又是另外一回事。 地球上和微陨石粒度甚至形态类似的尘埃颗粒,不管是天然的还是人造的,几乎无处不在且数量繁多,少量微陨石杂处其中,要找到用大海捞针来形容毫不为过。“寻找微陨石最简单易行的去处就是屋顶及其排水沟内,采集颗粒样品并逐步筛查,其中需要用到光学及电子显微镜。”戚浩存说。 对于专业人员来说,最容易发现的微陨石的地方要数极地和深海沉积中了。“不过,科学家们最中意发现微陨石的地方是地球两极,因为在极地远离人类尘埃污染,同时冰海雪原赋予了微陨石独特的富集机制。微陨石降落到雪中后,逐年堆积压实,密度变大形成富集微陨石的蓝冰。通过融化蓝冰,搜集固体残余物,便能获得丰富的微陨石。”廖世勇表示,“更为重要的是,冰川在缓慢流动的过程中,在一些特定地区受到阻挡,会不断上升消融,埋藏其中的微陨石会随着融水搬运,并在冰碛岩和基岩裂隙等处沉积富集。目前来看,极地发现的最多。深海软泥中尽管也非常富集微陨石,但因为矿物容易发生蚀变不利于保存,所以略输极地一筹。” 由于保存条件的限制,人们发现的大多是降落于100万年内现代微陨石,与地球45亿年的年龄相比,不过瞬息。要想获得更早的微陨石信息,就需要求助古老的沉积岩地层。目前,人类发现的最古老的微陨石来自澳大利亚西北部Pilbara地区的灰岩,年龄是27亿年左右。但遗憾的是,这些地层中发现的微陨石通常只是铁氧化物颗粒,绝大多数曾经的微陨石已风化蚀变,杳无踪迹。这使得我们想要知晓远古时期微陨石的类型和通量,以及发生在遥远太空中的故事变得举步维艰。 “或许在不远的将来,我们能聆听到更多微陨石讲述有关它们和宇宙的秘密。微陨石小而平凡,却蕴含着精彩的故事。”廖世勇说。 交汇点记者 叶真

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