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把陨石切成一片薄片,看见46亿年前的太阳系

在博物馆的展柜里,你大概见过这样一块黑石头:拳头大小,表面坑坑洼洼,标签上写着一个让人愣住的数字——约45.6亿年。地球上最古老的岩石只有约40亿岁,这块石头比它还要老五亿多年。它不属于地球,从来都不属于。

1969年2月8日上午,墨西哥奇瓦瓦州的阿连德镇上空炸开一团火球。成千上万块石头散落在几十平方公里的田野和屋顶上,村民们捡回来的总重约两吨。半个多世纪过去,这些样本仍是全世界实验室里被研究得最多的地外物质之一——科学家在其中测到了太阳系已知最古老的固体,一种叫钙铝包体的东西,年龄约45.67亿年,误差不到一百万年。

太阳系揉面时掉下的渣

一句话定义:陨石是从太空落到地面的天体碎块。它们绝大多数来自火星与木星之间的小行星带,少数来自月球和火星。

打个厨房里的比方:太阳系诞生时像一盆正在搅动的面糊,面粉结成的小疙瘩越滚越大,变成几十到几百公里宽的“星子”(行星的胚胎)。星子互相碰撞,有的合并,有的被撞散。散落的物质继续在轨道上飘,偶尔被地球引力捞走,落下来,就成了陨石。

换句话说,你看到的每一块陨石,都是一场远古撞击留下的残骸。

切下一片薄片,看一眼46亿年前

研究陨石最常用的办法有点出人意料:把它切开。科学家从陨石上锯下一小块,磨到0.03毫米厚——大约是A4纸厚度的三分之一——再粘在玻璃载玻片上。薄到能透光,放到偏光显微镜下,内部的矿物会呈现出像彩色玻璃一样的干涉色。

在这片薄片里,你通常能看到球粒:直径不到一毫米的小圆球,它们是46亿年前熔融的液滴在太空里迅速冷却后凝成的。球粒与钙铝包体一起,构成了太阳系第一批固体的档案。

每天有几十到上百吨“太空快递”

落向地球的地外物质远比你想的多。估计每天有几十到约一百吨的太空尘埃和碎块进入大气层——一百吨大约相当于六十多辆小汽车的重量。它们绝大多数小到肉眼看不见,在高层大气里就烧成了灰。

速度解释了它们为什么烧得这么彻底:进入大气层前,这些物质的相对速度约为每秒11到72公里,比步枪子弹快十几倍到几十倍。剧烈的压缩加热让它们在夜空里发光,这就是流星。

那为什么几乎没人被砸到?因为大部分在空中燃尽了,而地球表面七成是海洋。有明确记录的人体被陨石击中事件极少,最著名的一例发生在1954年的美国阿拉巴马州:一块柚子大小的陨石穿透屋顶,擦伤了正在午睡的霍奇斯女士。

地球的水,是砸出来的吗

部分碳质球粒陨石中含有含水矿物,也检出过氨基酸等有机分子——这是观测证实的事实。由此引出一个诱人的推测:地球的水,甚至构成生命的部分原料,会不会是这类太空来客在早期撞击中送来的?

但账还没算清。彗星携带的水,其氘氢比与地球海水对不上;碳质陨石的同位素特征与地球水更接近,可它们当年究竟送来了多少,不同模型给出的差别很大。也有研究者认为,地球的水本就藏在地幔深处,靠内部活动慢慢释放。目前尚无定论——这不是含糊其辞,而是现有数据仍在互相拉扯。

回到那块黑石头

现在再回到展柜前。那块黑石头很可能只是某个更大的天体被撞碎后剩下的一块,它带着太阳系诞生头几百万年的高温记忆,也带着此后数亿年的漂泊。更有意思的是,在部分陨石的基质里,科学家找到了形成于太阳诞生之前的尘埃颗粒——它们比太阳本身还要老。

所以,当你盯着这块石头,你看到的并不是一块石头,而是一段时间被压缩成的标本。至于太阳系最初那一刻究竟发生了什么,我们手里握着的,仍然只是它炸开后散落下来的残骸。

延伸阅读

  • 纪录片《宇宙时空之旅》(Cosmos: A Spacetime Odyssey,2014),第一季涉及太阳系起源与陨石的内容。
  • NASA 约翰逊航天中心天体材料管理与研究中心(curator.jsc.nasa.gov),可查公开的陨石样品目录与薄片制作资料。
  • 欧阳自远《天体化学》(科学出版社),中文天体化学领域的参考书,含陨石分类与成因章节。

编辑备注:三个候选标题

  • 悬念型:一片石头,为何比地球还老?
  • 画面感型:把陨石切成薄片,看见46亿年前的太阳
  • 提问型:天上的碎片落到地上,为什么没人被砸中?
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文章名称:把陨石切成一片薄片,看见46亿年前的太阳系
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