虽然我一直做陨石研究，

但那也是我第一次

亲眼看到星星掉落在地球上的样子。

林杨挺· 中国科学院地质与地球物理研究所研究员

格致论道第54期 | 2020年7月5日 北京

大家好，我是林杨挺，很高兴能和大家聊一聊陨石的秘密和地外世界的故事。

如果在晴朗的夜晚仰望星空，有时候我们可以看到流星划过。在碰到流星雨的时候，年轻人一般喜欢比赛谁看到的流星更多。

▲2001年狮子座流星雨

实际上，流星和陨石之间是没有关系的。流星是宇宙中很小的尘埃，它在高速穿过地球大气层的过程中，因摩擦而发光发热。因此，大部分流星都被燃烧了，只有很小一部分可能会残留下来。如果想要寻找这些流星的尘埃，最好是到大气层外面去，比如在空间站上搜集。

▲火流星

陨石与火流星有关。火流星是闯入大气层的小行星，它以每秒十几公里甚至二十公里的速度撞击地球，在穿过地球大气层时因高速摩擦会形成一个火团。因为火流星往往比较大，没有燃烧完全的部分掉落到地上被我们捡到，这就是我们说的陨石。

如何区分真假陨石？

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从陨石的降落过程中，我们可以知道，陨石区别于地球岩石的一个特征：它在高温燃烧过程中，表面熔融并快速冷却而形成了一层玻璃，我们称之为熔壳。

▲真陨石

表面的这层玻璃厚非常薄，仅约一毫米，和陨石内部完全不同，所以很好区分。另外，这层玻璃往往会龟裂成多边形，时间长后会非常明显。

我们经常会收到一些爱好者寄来的所谓陨石，其中大部分是假的。有些寄来的样品表面虽然有“熔壳”，但实际上大部分是沙漠的一些石头的漆皮，这层漆皮与内部组分是连续的。另外，还有一部分是黑色的铁矿石，也不是真正的陨石。

熔壳是陨石最重要的特征，本质上是表面的一层玻璃。大部分熔壳是黑色的，但有极少数非常特殊，呈现出像玉石般漂亮的绿色。

大概90%的陨石含有金属颗粒。我们知道金属是很容易生锈的，所以去除熔壳的陨石内部成分常表现为浓淡不一、锈迹斑斑的褐色。这也是鉴定大部分陨石的重要特征。

▲球粒陨石

除了金属成分，陨石中还有一些很小、很圆的石质球体。它是在没有重力的条件下熔融形成的，所以形态非常圆，我们称之为球粒，具有球粒的陨石称之为球粒陨石。

除此之外，还有一些大家可能比较熟悉的、由金属组成的陨石，叫做铁陨石。在乌鲁木齐新疆地质矿产博物馆前，摆着一块我国最大的铁陨石——新疆铁陨石。

▲新疆铁陨石

如果从铁陨石上切割下来一块并打磨抛光，然后用很稀的酸来腐蚀表面，会产生不均一的花纹。

▲维斯台登结构：2种铁镍合金

这个花纹实际上是由于两种不同的铁镍合金中镍含量不同，因此其抗腐蚀性不一样，就会出现这种花纹。这需要上百万年的时间慢慢冷却才能形成，所以在实验室中是没有办法仿制的。

你见过陨石坠落吗？

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我刚才讲了火流星，如果火流星落地之后马上被人们捡到，我们称之为目击降落型陨石。

上图是当年欧阳自远院士带领研究人员，在吉林考察我国最著名的一块石陨石，那也是世界上最大的石陨石雨，其中最大的一块将近1.8吨。

目击降落型陨石非常稀少。因为它刚刚掉下来就被捡到了，所以它很新鲜。在我国有一些很著名的目击陨石，包括1976年坠落在贵州省的清镇陨石、1983年坠落在陕西省的宁强陨石，以及含有高压矿物的随州陨石和岩庄陨石。目前我国捡到的有名字的目击陨石大概只有67块，还是非常少的。

一般情况下，陨石都坠落在人烟稀少的地方，但少数情况下会砸到人、汽车甚至砸到人家里。

2008年，在北京距清东陵约3km的一个叫兴隆泉的小村庄里，也发生了一次陨石坠落事件。这间房子的女主人离开沙发没多久，一个陨石直接砸穿房顶，打到沙发上，最后弹到床上。陨石在镜子上还留下擦痕，碎裂成几块，总重约3kg。这是非常稀少的事件，而且很幸运，不仅没伤着人，还发了一笔财。

▲俄罗斯车里雅宾斯克陨石雨

大家可能还记得一条新闻，2013年，在俄罗斯发生了一起非常有名的车里雅宾斯克陨石雨事件。陨石撞击的时候，最大的一块陨石直接砸进湖里，碎块散落到很大的区域，收集到的样品总重量超过1吨。此次陨石撞击的能量非常大，强烈的冲击波损毁了很多建筑物，间接导致1000多人受伤。

小行星撞击地球虽然是很小概率的事件，但有可能是大灾难。模拟计算表明，如果小行星的直径超过140米，那么陨石撞击会给一个区域带来灾难。如果是一公里以上的小行星撞击，就有可能导致全球性的灾难。

走， 去南极捡星星！

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我们在地球上看到掉下来的陨石还是很少的，捡到有1300块左右。而实际上有名字的陨石大概有6万多块，大多数陨石我们并不知道它是什么时候掉下来的。

那么，哪里是捡陨石的好去处呢？南极！

大家都知道，南极不仅气候恶劣，而且有很多非常危险的地方，所以我们内陆队去南极内陆科考之前需要送行，要喝壮行酒。

▲第22次南极科考内陆队出征仪式（2005.12.23）

我们去距离中山站400多公里的南极格罗夫山，路上走了8天，在2005年的最后一天才到达营地。刚到营地的时候，虽然我们队里11个人做的是各种各样的野外考察工作，但大家想到的第一件事就是去找星星。

第一个找到陨石的是机械师徐霞兴，他一找到陨石就赶紧喊：“林老师，林老师，快过来”。虽然我一直做陨石研究，但那也是我第一次亲眼看到星星掉落在地球上的样子，所以当时比较激动。

第二天是2006年元旦，大家什么事情都不做了，把自己的考察论文都放到一边，第一件事还是找陨石。最后我们每个人都找到了陨石，我也亲自找到了第一块陨石，圆了我到南极找陨石的梦想。

上图中南极格罗夫山地区的地表是蓝荧荧的冰面，部分表面覆盖着雪，陨石在这个背景下是非常显眼的，所以很好找。

因为在冰渍带有很多地球上的石头，所以找起来会比较费劲。但认准陨石的熔壳特征，还是很容易辨认出来的。

2006年1月16日，我们有很多人都去做自己的考察工作了，只有4个人去找陨石。我们一共找到了600多块陨石，总重约19.2公斤，这是非常难得的。

▲黄色和红色符号表示发现陨石的位置

绿色符号表示营地位置

当地的卫星图显示，冰从右边往左流动，被山脉挡住了，而陨石大多分布在山脉的下游。绿色符号表示我们的宿营地，我们在一个地方工作结束之后，再搬到下一个地方。在前往第七号营地的过程中，我们坐在车上盯着冰面看。当我们看到一个小黑点而且不变的时候，它可能不是阴影。所以我让队长停车，跑过去一看，果然发现了一块很漂亮的陨石，非常新鲜，有1斤半重。

在南极还会遇到很多困难，其中之一是白化天，天地白茫茫一片，不仅什么都看不见，还会失去方向感。

最重要、最危险的是冰缝，因为冰缝被雪盖住了，实际上是看不见的，只有车子从上面轧过去才显露出来。如果是很大的冰缝，车子和人都会掉进去，肯定就回不来了，这是非常危险的。这次因为有经验丰富的机械师徐霞兴和李金雁，以及队长琚宜太，所以还是比较安全的。

我们第一次到格罗夫山的时候是非常危险的，只有5个人和1辆车，队长是刘小汉研究员。那时候比我们这次更艰苦，危险也大得多。

在南极生活的主要问题是没有青菜吃，猪肉、牛肉、羊肉都冻得硬邦邦的，需要用斧砍。当时我们只带了一棵大白菜，就一直留着过春节包饺子的时候才吃。

在南极内陆的58天里，大家的野外考察工作都完成了，还捡到了5354块陨石，都很高兴，返程时也轻松了很多。

大家可能会问，是不是陨石都掉到南极去了，那里陨石很多，所以我们才都到南极去找？其实不是的。陨石掉在地球上哪个地方的概率是一样的，大概一年中一万平方公里的范围内会有几块，甚至更少一些。

南极陨石比较多的原因有两个。一是南极非常冷、非常干，陨石是很怕水的，只有在很干的环境下才可以保存上百万年。二是陨石随着冰流动，在被山脉阻挡的地方停下来，强烈的风将冰吹没了，陨石就留了下来。所以，南极是找陨石最好的地方。

除了南极，找陨石的另一个好地方是沙漠。因为沙漠非常干，陨石在沙漠里保存十几万年也没有问题。但是沙漠中没有冰来搬运陨石，所以相对南极来说，陨石不会在沙漠中被集中到某一个地方。

我国西北，尤其新疆有大面积的沙漠。近年也陆续发现了较多的陨石，已命名的中国沙漠陨石有251块。

这些陨石是非常珍贵、稀罕的东西，如果我们发现了陨石之后，需要注意一些事项。

首先要从多个角度给陨石拍一些清晰的照片，记录陨石掉在地上的样子。然后用GPS记录地理坐标，另外还要记录一下周边的地貌环境。特别注意要在干燥条件下保存陨石，保持密封状态，因为陨石怕水。很多人可能会用磁铁去吸陨石，但最好不要这么做，因为这会改变陨石的磁性。如果你确认是陨石，就不要这样做了。

还有很重要的一点，就是要尽快联系专业机构来帮你分类鉴定和命名。这需要提供不少于20克，或者20%重量的样品作为该陨石的标本。

与地球上的石头不同的是，每一块陨石都有名字，对没有名字的陨石做出来的研究成果是不能发表的。我们一般用发现地的地名来给陨石命名。如果像南极格罗夫山地区发现了那么多陨石，这时候我们会用地名加时间的方式来命名，比如说GRV代表格罗夫山，02代表2002年，0090是它的编号。

陨石从哪里来？

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大家可能会问，这么多块陨石都是从哪里来的呢？全球发现的6万多块陨石大致可以分为三个来源：小行星、月球和火星。

小行星在整个太阳系分布非常广，大多位于木星与火星之间的小行星带。掉到地球上的属于近地小行星，它们的轨道要与地球轨道相交。

大部分的小行星我们并不知道它的轨道，但是少量的小行星可以通过在三个位置，布设相机对准天空拍火流星，利用三角测量的方法计算出它的轨道，并根据计算出的位置去找陨石。借助这个办法，在德国非常著名的城堡——新天鹅堡就找到了一块陨石。左图中展示的都是我们已知的一些陨石的轨道，但是是很少的。

有一种陨石更加特殊，这几年经常会有一些新闻，说某某编号的陨石什么时候可能要近距离地和地球相交会。

2008年，有天文台观测到一个小行星，并计算出它的轨道不是和地球近距离交会，而是直接撞到地球上。20个小时以后，这个小行星确实撞到了地球上，且在预测的位置找到了陨石。

▲红点表示在预测范围内成功找到陨石的位置

这些陨石很特殊，包含多种不同的类型。其中一种是橄辉无球粒陨石，它含有金刚石，非常坚硬，要切下拇指头那么一小块儿，就要花费一天的时间。

另外，还有在非洲沙漠找到的月球陨石、在2002年于格罗夫山找到的我国第二块火星陨石。

找那么多陨石有什么用呢？ 首先，对大部分人来讲，这是一份非常难得的、上天馈赠的礼物，这真是天上的星星。有少量陨石外观很漂亮，因此也是奇石爱好者的收藏品。

因为陨石非常稀罕，所以有一定的市场，但这方面还没有明确的法律、法规。在互联网上很容易查到一些陨石的交易价格，以克为单位，从几美元到一两千美元每克，差别非常大。这主要取决于是什么类型，是不是非常稀少，它的科学价值是不是很大。

▲阜康橄榄陨铁

陨石最重要的价值在于科研，它们告诉我们，大阳系是如何形成的，各行星的演化历史等内容。不同类型的陨石，讲述的是不一样的故事。

大部分的陨石来自于小行星，我们又称它为太阳系的化石。通过它，我们 可以认识太阳系是怎么从尘埃和气体的星云盘演变成八大行星的。

除了科学研究之外，可能会有小行星撞击地球的危险，所以我们还需要通过研究它来监测、预警以及防御小行星撞击。

将来我们还会走向太空，不能什么东西都从地球上带过去，所以小行星也是未来非常重要的太空资源。

月球陨石则是另一个故事。目前我们的月球样品主要是阿波罗号采集并带回地球的，六次共采回382公斤月球样品。另外则是前苏联分三次从月球采回的300克样品。

月球陨石已找到400多块，总重600多公斤，超过了阿波罗号采回的月球样品总重。

▲人类历史上确定的第一块月球陨石

1981年在南极找到了第一块月球陨石（ALH81005)。将这个陨石带回去之后，研究月球地质的科学家发现，它和阿波罗号采回的月岩样品完全一样，很快确定它就是月球陨石。

实际上，日本科学家更早从南极找到三块月球陨石，但是他们不认识，所以失去了第一个发现月球陨石的机会。

▲月球正面、背面的氧化铁含量分布图（黑点符号表示阿波罗号和月球号着陆点）

这张图通过对比月球正面和背面的氧化铁含量分布情况，我们可以发现月球组成是不均匀的。阿波罗号和前苏联采回的月球样品，都是在月球正面很小的区域内。月球背面以及其它地区的月球组成，就需要通过月球陨石来进一步分析研究。

我国的嫦娥三号落在了月球正面，嫦娥四号是人类历史上第一次落在月球的背面，而且是落在一个很大很深的撞击盆地里面。

▲最古老、最大的撞击坑，深达13公里，打开月球深部的窗口

去年有三次火星发射任务，分别是美国的毅力号、阿联酋的希望号和我国的天问一号，三个火星探测器都是做遥感探测方面的工作，并不会带回火星样品。目前火星陨石是我们唯一能够得到的火星岩石样品。

实际上，火星陨石的发现很早，确认很晚。第一块火星陨石于1815年掉落在法国，当时只觉得这块陨石很特殊，因为没有火星样品来对比，所以并不能确定它来自于火星。

我们可以通过测量岩石的放射性同位素组成（如U同位素的衰变）来测定年龄。比如，现在火山喷发形成的石头的年龄是零，小行星的陨石年龄都是45亿年，月球岩石的年龄在30多至40多亿年。

这些火星陨石的年龄是13亿年，甚至是更年轻的2亿年。这说明它们来自一个比月球更大的天体，但仅仅根据这一点，还不能确定它来自火星。

将这块火星陨石切开后，发现里面有玻璃质的黑点，这是小行星砸到火星上时高温条件下形成的玻璃，在玻璃中包裹有火星气体。它的分析结果与1976年海盗号对火星大气的分析结果完全一样，这就证明这个陨石确实来自于火星。

目前已经发现的火星陨石共有268块，重达200多公斤。我们对火星的认识很大程度上依赖于对火星陨石的研究。

为什么大家那么关心火星呢？很多人认为火星上有生命。1996年，美国NASA科学家还声称，在这块ALH 84001的火星陨石中找到生命存在的证据，并引发争论。现在基本认为之前的证据或是地球上的污染、或是样品制备过程人为产生的。

▲火星陨石：火星生命遗迹的争论

不管怎么说，对火星形貌等方面的探测发现，在火星上应该曾经存在过河流、湖泊甚至古海洋，而且目前在火星大气中也存在一些甲烷，也就是说火星至少曾经具备过满足生命存在的基本条件。正在进行的火星探测计划，以及未来的任务，都仍把生命的探测作为最重要的目标。

研究火星生命的另一途径是研究火星的环境变化，即判断它是否宜居，其中一个思路是通过火星陨石进行相关研究。

火星陨石的岩浆冷却之后，岩石与地下水相互作用，因此又记录了这个时候火星地下水的信息。这里我们关心水的氢同位素组成，也就是D/H的比值。这个比值可以区分火星的水与地球上的水，相当于水的指纹。

我们说火星以前有水，但现在表面上没有流动的水，因此有一部分水是逃进了太空。逃走的水越多，留下水的就越重，即D/H比值越大。因此，测出火星地下水的D/H比值很重要。

我们将火星陨石切开，磨成片来研究，发现其中有两处含水量比较高。其中一处是矿物中捕获的岩浆，即玻璃质包裹体，另一处是含水矿物磷灰石。

由于要分析的样品非常小，我们使用了中科院地质与地球物理研究所的纳米离子探针设备。

这个仪器会形成一个非常细的，小到50纳米的一次离子束，去轰击样品的表面。轰出来的二次离子通过一个磁场时会发生偏转。质量小的偏转大，所以不同质量的离子就能分开，然后用接收器分别记录信息的强弱，这样就能得到样品的水含量和D/H比值。

磷灰石的实验结果显示火星岩浆中水含量很低，大概是地球的十分之一，也就是说火星很干。玻璃包裹体反映了火星内部的水与火星地表水的混合结果。据此我们知道火星地表水的氢同位素组成很重，比地球大洋水重约7倍，说明有非常多的水逃离了火星。

我们认为在大概30亿年前火星地表有流水。火星逐渐变冷之后，一部分水跑掉了，一部分水变成了地下冰川和冻土。如果两亿年前有岩浆喷发出来，带来的热量可以使地下冻土和冰川融化形成水，这可以提供一个有利于生命存在的环境。

从寻找散落的星星，到对这些星星进行分析研究，再到主动去探测各种天体，并采集样品返回地球，从而更好地认识地球和整个太阳系的起源和演化。随着技术的飞速进步，人类终究会走出地球这个摇篮，去发现新的大陆。

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来源：格致论道讲坛

编辑：万象

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