碳粒隕石之謎

在撞擊地球之前，穿越太空的巖石往往依據(jù)其大小和成分，被稱為小行星、流星體或彗星。一旦它們的某個(gè)碎片穿越大氣層并抵達(dá)地面，就被稱為隕星。

科學(xué)家對(duì)早期太陽(yáng)系的許多認(rèn)知都來(lái)自隕星——這些穿越了太空的古老巖石，在經(jīng)歷了地球大氣層的高溫沖擊后幸存下來(lái)。其中，碳粒隕星是最為原始的一類，它們富含水、碳和有機(jī)物。

過去的理論模型預(yù)測(cè)，落在地球上的隕星中，應(yīng)有一半以上都屬于碳粒隕星。但在實(shí)際統(tǒng)計(jì)中，這類隕星只占不到4%。為何存在如此大的偏差？這些“失蹤”的碳粒隕星都去哪了？

在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然·天文》雜志的研究中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)試圖解答這個(gè)長(zhǎng)期未解的謎題。他們分析了來(lái)自19個(gè)全球觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的7982次流星體撞擊和540次可能的隕星墜落事件，發(fā)現(xiàn)那些最有可能以隕星形式抵達(dá)地球表面的天體，在靠近太陽(yáng)時(shí)經(jīng)歷巨大的熱應(yīng)力，使得原本脆弱的碳質(zhì)物質(zhì)在抵達(dá)地球前就已經(jīng)瓦解；而進(jìn)入大氣層的殘余，也會(huì)有大約一半被大氣帶走，僅剩下極少數(shù)能成功留下。

深空采樣

在地球表面的隕星常常會(huì)受到雨水、風(fēng)化與生物作用的影響，從而改變其原始成分。這些改變都不利于分析，因此，科學(xué)家迫切希望能直接從太空獲取未受污染的樣本。

科學(xué)家們的愿望，推動(dòng)了近年的深空采樣任務(wù)。例如，OSIRIS-REx任務(wù)和隼鳥2號(hào)，就分別從小行星貝努（Bennu）和另一顆同樣富含水分的碳質(zhì)小行星龍宮（Ryugu）中，成功帶回了原始的樣本。

小行星貝努。（圖/NASA）

這些任務(wù)使研究者得以近距離分析小行星表面的這些原始的、脆弱的物質(zhì)，為理解太陽(yáng)系的形成和生命起源提供了重要窗口。

用大氣層做“探測(cè)器”

大多數(shù)隕星最初都源自小行星間的碰撞，這些撞擊事件產(chǎn)生了大量尺寸從幾厘米到數(shù)米不等的碎片。它們?cè)谔?yáng)系中游蕩，有時(shí)會(huì)被地球捕獲。若直徑小于一米，這些碎片即被稱為流星體。由于流星體體積小，它們通常難以被望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，除非它們恰巧在撞擊地球前被捕捉到。

近年來(lái)，依靠數(shù)字成像設(shè)備和自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，全天候、低成本的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)逐漸普及。這些系統(tǒng)可捕捉夜空中的閃光，記錄流星體進(jìn)入大氣層的時(shí)刻。

在新的研究中，研究人員采用了另一種方法來(lái)進(jìn)行觀測(cè)——他們將地球大氣層本身，視為一個(gè)天然的“探測(cè)器”。

安裝在法國(guó)日中峰天文臺(tái)的FRIPON相機(jī)（上）。位于南澳大利亞的沙漠火球網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)遠(yuǎn)程觀測(cè)站（下）。（圖/FRIPON&The Desert Fireball Network）

他們運(yùn)用了兩個(gè)主要網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：一個(gè)是覆蓋15國(guó)的FRIPON網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是澳大利亞團(tuán)隊(duì)發(fā)起的“全球火球天文臺(tái)”。通過分析來(lái)自39個(gè)國(guó)家19個(gè)網(wǎng)絡(luò)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究人員分析出哪些小行星能產(chǎn)生足夠堅(jiān)固的碎片，能夠穿越大氣，最終以隕星的形式降落到地球。

這張圖像覆蓋了2016年至2020年間拍攝到的100多張火球照片。條紋是火球；這些點(diǎn)代表恒星在不同時(shí)間的位置。（圖/Desert Fireball Network）

真正的“過濾”發(fā)生在太空

研究結(jié)果出乎意料：許多碳質(zhì)物質(zhì)在進(jìn)入大氣層之前就已在太空中解體。

當(dāng)碳粒隕星的軌道靠近太陽(yáng)，再遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，會(huì)經(jīng)歷劇烈的溫度變化，進(jìn)而在其內(nèi)部形成裂縫。這一過程會(huì)有效地破碎并移除地球附近的天體群中那些脆弱的、富含水的大塊物質(zhì)。而在經(jīng)歷了這種“熱裂解”后幸存下來(lái)的碎片，還必須通過大氣層的“考驗(yàn)”。最終，只有約30%-50%能的參與碎片能成功穿越大氣層，成為真正的隕星。

相比之下，那些軌道靠近太陽(yáng)、并能在高溫下保持完整的天體更容易穿越地球大氣層。研究人員將這種現(xiàn)象稱為“幸存者偏差”。

幾十年來(lái)，科學(xué)家一直認(rèn)為是地球大氣“篩掉”了碳粒隕星，而這項(xiàng)研究表明，真正的篩選過程很可能發(fā)生在太空中——在碎片進(jìn)入大氣層之前。

展望未來(lái)：追蹤火球的新方法

未來(lái)，隨著技術(shù)進(jìn)步，科學(xué)家有望更準(zhǔn)確地識(shí)別即將撞擊地球的流星體的成分。提高望遠(yuǎn)鏡的追蹤能力、加強(qiáng)流星體在大氣中的解體建模，或許能幫助我們追蹤那些不易留下痕跡的碳質(zhì)火球。此外，還有一種可能的技術(shù)路徑：通過分析流星體發(fā)出的顏色來(lái)反推其物質(zhì)成分。

#參考來(lái)源：

https://theconversation.com/why-the-meteorites-that-hit-earth-have-less-water-than-the-asteroid-bits-brought-back-by-space-probes-a-planetary-scientist-explains-new-research-252456

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02526-6

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02527-5

#圖片來(lái)源：

封面圖&首圖：Desert Fireball Network