人類拜訪火星，火星亦有回禮

這份來自火星的“快遞”請(qǐng)查收

火星探測(cè)器登陸火星之前，人們就已經(jīng)對(duì)火星進(jìn)行了大量研究，有些研究依托的就是火星隕石。國(guó)際隕石學(xué)會(huì)網(wǎng)站隕石數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的全球已被命名的隕石有7萬多塊，其中火星隕石276塊。

剛剛過去的7月上演了多國(guó)登臺(tái)的“探火”大戲。7月20日，阿聯(lián)酋的“希望號(hào)”火星探測(cè)器發(fā)射升空;7月23日，我國(guó)“天問一號(hào)”火星探測(cè)器成功發(fā)射;7月30日美國(guó)“毅力號(hào)”火星車也開啟了“奔火”之旅。其實(shí)，在此次各國(guó)扎堆“探火”之前，乃至于更早的火星探測(cè)器“拜訪”火星之前，火星已經(jīng)向地球派來了它的“使者”——火星隕石。在已被命名的所有火星隕石中，最早的一塊是1815年在法國(guó)香檳—阿登地區(qū)隕落的名為“Chassigny”的隕石。

近日，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員胡森及其合作者，還首次在火星隕石中發(fā)現(xiàn)柯石英。

火星隕石究竟是如何抵達(dá)地球的，它們常在地球何處“棲身”，又是如何幫助人類“解鎖”火星奧秘的?

為啥火星“使者”蒞臨的幾率這么小

科技日?qǐng)?bào)記者登錄國(guó)際隕石學(xué)會(huì)網(wǎng)站查詢發(fā)現(xiàn)，截至2020年8月2日，該網(wǎng)站隕石數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的全球已被命名的隕石有7萬多塊，其中月球隕石415塊、火星隕石276塊。

不過，這些天外來客，“身材”比較袖珍。在該數(shù)據(jù)庫(kù)中，最重的一塊火星隕石為1962年在尼日利亞的卡齊納州隕落的名為“Zagami”的隕石，重達(dá)18千克;最輕的為2007年發(fā)現(xiàn)于西北非的名為“NWA 8116”的隕石，重約0.48克。

“總的來說目前地球上發(fā)現(xiàn)的火星隕石數(shù)量非常少，總重量也僅為200多千克。”中科院南京紫金山天文臺(tái)天體化學(xué)和行星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任徐偉彪告訴科技日?qǐng)?bào)記者，一塊火星隕石墜落地球的幾率要比其他小行星隕石墜落地球的幾率更小。

“由于火星的星體較大，所以小的撞擊產(chǎn)生的碎塊飛不出火星的引力場(chǎng)。碎塊的飛行速度必須超過5公里/秒的火星逃逸速度，才會(huì)脫離火星的掌控。”徐偉彪說，不僅如此，火星上還有大氣層，也會(huì)攔住一些碎片。那些脫離火星掌控的碎塊在太空飛行幾百萬年后，還要正巧與地球的軌道相交，被地球引力場(chǎng)捕獲，在穿過地球大氣層時(shí)幸存下來，才能順利墜落到地面。

如何為火星隕石“驗(yàn)明正身”

如何判定一塊隕石是否來自火星呢?

“在火星隕石研究早期，測(cè)量火星大氣的成分是否與火星隕石玻璃體中的氣體一致，是確定隕石身份的方法之一。”南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院教授張愛鋮告訴科技日?qǐng)?bào)記者，將火星隕石切開后，里面會(huì)有玻璃體，這是小行星砸到火星上高溫條件下形成的熔融玻璃，其中包裹有火星氣體。

美國(guó)“海盜號(hào)”探測(cè)器于1975年發(fā)射后，曾測(cè)量過火星大氣，分析發(fā)現(xiàn)其中有二氧化碳、氮?dú)?、氖氣、氪等氣體分子。科學(xué)家又測(cè)試了EETA79001隕石玻璃體中的氣體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該隕石釋放出來的氣體組分與火星大氣完全一致，于是證明EETA79001隕石來自于火星。這也是人類證實(shí)的第一塊火星隕石。

“還有一種方式是測(cè)量火星隕石的年齡。”徐偉彪說，可以通過測(cè)量火星隕石的放射性同位素組成來測(cè)定其“年齡”，很多小行星的隕石年齡約為45億年，月球隕石的年齡約為三四十億年，而火星體積比較大，2億年前甚至還有火山活動(dòng)，火星隕石最“年輕”的為2億年，較“年長(zhǎng)”的為20億年左右，“如果用放射性同位素衰變測(cè)出一塊隕石的年齡比較年輕，那么它們就有可能來自火星。”徐偉彪說。

不過，僅有這個(gè)證據(jù)還不夠?？茖W(xué)家在探測(cè)火星隕石內(nèi)部納米級(jí)的化合物以及所含的同位素時(shí)，發(fā)現(xiàn)其含有氫、氮、氧、硫等元素，這些特定元素的含量，也給火星隕石的鑒定提供了線索，“火星隕石的氧同位素組成與月球、地球都不同，例如火星隕石中的氧17、氧18約比地球多萬分之三。”徐偉彪說。

張愛鋮則表示，天體形成時(shí)，距離太陽的遠(yuǎn)近會(huì)導(dǎo)致天體溫度的不同，從而影響其內(nèi)部元素的比例。火星隕石多由橄欖石、輝石、長(zhǎng)石組成，相較于地球和月球的巖石，其鐵錳比值會(huì)比較低。

哪里是尋找火星隕石的“天堂”

在國(guó)際隕石學(xué)會(huì)網(wǎng)站的隕石數(shù)據(jù)庫(kù)中可以看到，火星隕石基本分布于沙漠和南極。

“其實(shí)火星隕石墜落在哪里是隨機(jī)的，只是沙漠和南極目前發(fā)現(xiàn)的火星隕石比較多而已。”張愛鋮表示。

“南極發(fā)現(xiàn)的火星隕石比較多，是因?yàn)槟蠘O有厚厚的冰蓋，非常冷、干，隕石墜落下來會(huì)被冰雪包埋，可以長(zhǎng)期保存。同時(shí)，南極冰蓋在流動(dòng)過程中遇到山脈會(huì)停下來，在風(fēng)的作用下，局部冰層快速消融，隕石就會(huì)露出冰面。”張愛鋮說。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，南極隕石的富集區(qū)多沿著東南極冰蓋邊緣分布，主要有橫斷山脈地區(qū)和東南極的東側(cè)邊緣。

火星隕石為何也會(huì)在沙漠里扎堆出現(xiàn)?中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員林楊挺表示，沙漠非常干，隕石在沙漠里保存十幾萬年也沒有問題，但沙漠中沒有冰來搬運(yùn)隕石，所以相對(duì)南極來說，隕石不會(huì)在沙漠中被集中到某一個(gè)地方。

隕石隱藏著火星的哪些秘密

多年來，各國(guó)科學(xué)家在不斷的交叉驗(yàn)證中，試圖探尋火星演化及火星生命的線索。

1996年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)科學(xué)家曾報(bào)道，他們?cè)谝粔K南極火星隕石“ALH 84001”中發(fā)現(xiàn)了一些類似微生物的結(jié)構(gòu)形態(tài)，這可能是火星的生物“化石”，是火星曾經(jīng)有生命存在的證據(jù)。但隨后的研究?jī)A向認(rèn)為，這種類似微生物的結(jié)構(gòu)形態(tài)是地質(zhì)作用形成的，其有機(jī)質(zhì)成分是來自地球的污染。

雖然沒有找到生命存在的證據(jù)，但火星隕石還記錄了火星的巖漿水和大氣水的信息。

2014年，林楊挺團(tuán)隊(duì)曾發(fā)表對(duì)火星隕石“GRV 020090”的研究。他們發(fā)現(xiàn)火星幔的水含量很低，大概是地幔的十分之一，也就是說火星很干。同時(shí)，有非常多的水逃離了火星。研究認(rèn)為，在大概30億年前火星地表有流水。火星逐漸變冷之后，一部分水跑掉了，一部分水變成了地下冰川和凍土。如果兩億年前有巖漿噴發(fā)出來，其熱量可以使地下凍土和冰川融化形成水，就可以提供一個(gè)有利于生命存在的環(huán)境。

“我們希望了解火星上發(fā)生過什么大的地質(zhì)變化;這顆看得見、摸不著的紅色星球是否有生命;它到底是否適合人類居住，希望火星隕石可以帶給我們更多驚喜。”徐偉彪說。

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