南极陨石之谜

体娱   科学   2024-07-29 19:02   海南  

凯瑟琳·乔伊架着一辆雪地机动车在厚厚的南极冰层上缓缓前进,车后面拖着一架金属探测器。

突然,她的耳机里响起了一声哔哔声。看来金属探测器发现了什么。她赶紧下车。这一次会是她要寻找的东西吗?哎,很失望。原来是拖车上掉下来的一个金属螺丝!而她要找的是铁陨石。

乔伊是一名英国陨石专家。她为什么要千里迢迢跑到南极来寻宝呢?说来话长。你可以说这个故事源于45亿年前,当时一颗恒星变成了超新星。它的冲击波导致附近一团星云崩塌,经过一场激烈的动荡,最终形成了太阳系,也就有了地球,接着地球上有了生物,又进化出了人类。

这段太阳系的诞生史是真的吗?几十年来,研究人员一直在寻找来自这个动荡时期的见证材料,以便更好地了解太阳系的形成过程。

乔伊他们的南极冒险,正是与此有关。

太阳系形成的证人

陨石是太阳系诞生以来的“时间胶囊”。它们是小行星碎片,大多自形成以来就运行在小行星带(介于火星和木星之间)上,不久前才脱离轨道落到地球上。因为落到地球的时间不长,它们的化学组成没有被地球上板块运动、火山作用等破坏,所以保存了太阳系形成时的许多重要信息。

陨石的形状和大小多种多样。大至1920年在纳米比亚发现的60吨重的霍巴陨石,小至每天降落到我们屋顶上,只有句号大小的微陨石。

全世界发现的绝大多数陨石都是石质的,主要由硅酸盐构成。还有石铁陨石,由岩石和铁混合而成。第三类是铁陨石,由铁和镍混合而成。霍巴陨石就是铁陨石中的荦荦大者。这类陨石对了解太阳系的起源尤其重要。因为形成铁镍陨石的条件比较高,只有小行星足够大才行。这样,其内部才能熔化,密度大的铁镍沉入核心,密度较小的硅酸盐浮在表面(我们地球的地核、地幔和地壳,就是通过类似的过程形成的)。然后,当这种小行星受到其他天体的撞击或扰动,破成碎片,落入地球,才能形成铁镍陨石。

陨石爱好者在自家屋顶上找到的微陨石

这些铁镍陨石的母星是刚形成的早期小行星,其内部的液态铁镍流动起来,会产生一个磁场,就像今天地核中液态铁流动形成地磁场一样。铁陨石是来自这些早期小行星核心的碎片。通过观察保存在其中的磁场痕迹,我们可以计算出它们的母体小行星有多大、如何形成以及形成速度多快等重要信息。总而言之,它们是行星学家目前借以了解行星形成的唯一门径。

南极陨石之谜

但遗憾的是,这种铁镍陨石在地球表面甚为罕见,为此,人们把眼光投向了南极洲。

无论你对哪种陨石感兴趣,南极洲都是地球上寻找它们的理想地点。它的原始冰原几千年来从未受到过破坏。虽然很多陨石被埋进了厚厚的冰层,但通过冰川的地质运动,它们又会上升至冰层表面。每年的南极夏季(从10月到次年2月),来自世界各地的陨石“狩猎者”都会到南极来寻宝。地球上近三分之二的陨石来自南极大陆。

在纳米比亚发现的60吨重的霍巴陨石


但遗憾的是:铁陨石和石铁陨石虽然在别处也甚为罕见,但在南极洲几乎从未被发现过(只发现硅酸盐陨石)。这个谜困扰了许多人。为此,英国的陨石专家杰弗里·埃瓦特和凯瑟琳·乔伊提出了这样一种可能:即铁陨石比石质陨石更易吸热。在冰上,它们吸收更多的阳光,升温,融化周围的冰,然后下沉,最后永远被困在冰面以下几厘米处。换言之,它们没有失踪,只是躲起来了。

两人用灯模拟阳光,照射在冰上的石头和铁陨石上,来验证这一想法。果然,在长久的照射之后,铁陨石沉到冰下去了。受其鼓舞,他们决定带上工具——一种通常用于扫雷的金属探测器和一辆雪地机动车——去南极寻找铁陨石。这就出现了文章开头那一幕。

旧谜带来新谜

经过一番艰难的寻找,他们总共找到了130块铁陨石。但奇怪的是:它们全都是在冰面找到的,没有一块是在冰下发现的!而且,从他们此行的收获来看,南极冰面上的铁陨石数量比人们预期的都要多得多。

这就产生了两个谜。第一个是,为什么这么多铁陨石之前从未被发现?第二个是,为什么乔伊他们找到的铁陨石全都是在冰面找到的,而不是在冰下找到的?是他们当初的设想错了吗?为什么模拟实验又证明他们的设想是对的呢?

对于这两个新谜,目前还没有确切的答案。人们猜测,可能是与近年来的气候变暖有关。

关于为什么这么多铁陨石之前从未被发现?原因可能是乔伊他们搜寻的那片区域之前从来没有人去过,而那里恰好分布着更多的铁陨石。也可能有人去过,但原来那些铁陨石都埋在冰下,陨石“猎手”们从来没想到要到冰下去寻找。关于为什么乔伊他们找到的铁陨石全都是在冰面找到的,而不是按他们模拟实验的结果在冰下找到,这可能是因为气候变暖让本来埋在南极冰下的铁陨石裸露了出来。

不管谜底是什么,南极的铁陨石至少是被找到了。


在自家屋顶找陨石

铁陨石并不是唯一难找的一种陨石。地球每天都受到无数微陨石的轰击。每一颗的尺寸大致相当于一个句号,但一天的重量估计为100吨。

这些微陨石原先也处于小行星带上,是受到一种物理学上称为“坡印廷效应”的作用,陨落到地球上的。

坡印廷效应说,光照射在物体上,事实上会对物体有个作用力,这个作用力叫“光压”。只是对于质量大的物体,光压微乎其微,可以忽略不计。但对于质量微小的物体,持续的照射就会产生显著的影响,以激光作推力的太阳帆就是一个例子。

当太阳光持续照射在小行星带的尘粒上,会让尘粒减速,从而偏离轨道,打着螺旋,缓慢落入太阳。在落入太阳之前,一些尘粒会穿过地球轨道,被地球俘获。但它们太小了,跟地球上的灰尘混在一起,很难分辨。

虽然研究人员通常会去海底或南极洲采集微陨石,但挪威最著名的吉他手约翰·拉森却在自家屋顶上用磁铁,收集了500多颗微陨石。

拉森的成功激励了全世界的陨石爱好者。如今,拉森在社交平台脸书上经营着一个叫“星尘计划”社区。大家把自己找到的微陨石的放大照片,贴在上面,以供别人观赏和鉴定。这些微陨石中,有的甚至来自太阳系外的星际空间。

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