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流浪记|火星陨石的地球“流浪记”

出品：科普中国
制作：徐琳 （中国科学院月球与深空探测总体部、中国科学院国家空间科学中心）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
【流浪记|火星陨石的地球“流浪记”】2019年十月 ， 一颗陨石坠落在我国吉林省 ， 东三省的网友们目击了这震撼的一幕 ， 而这已不是陨石第一次光临吉林了 。 1976年3月8日15时 ， 陨石雨降落吉林 ， 当时也收集到了重达1770公斤的世界最大的石陨石 。
流浪记|火星陨石的地球“流浪记”
△（图源：央视新闻微博视频截图）
陨石是闯入地球的天外来客 ， 它蕴含着珍贵的宇宙信息 ， 科学家们称陨石为“太阳系的化石” 。 人们对陨石进行大量研究 ， 包括确认陨石的来源 ， 挖掘他们的“流浪史” 。 今天就让我们一起来看一看 ， 我们对火星陨石是如何进行研究的 。
你从哪里来——第一块火星陨石的发现
我们想要了解火星 ， 除了发射探测器前往火星考察以外 ， 还可以通过另一个重要途径 ， 那就是研究火星陨石 。 在太阳系 ， 受到小天体碰撞的现象普遍存在 ， 火星也不例外 。 当石块被撞出来的速度大于逃逸速度时 ， 会被抛射到太空中 ， 其中的一部分会坠落到地球表面成为陨石 。 来源于火星的陨石被称为火星陨石 ， 而最重要的判别依据 ， 是将这些岩石中所捕获的气体成分 ， 和火星探测器所探测到的火星大气成分进行对比 。
流浪记|火星陨石的地球“流浪记”
△火星 （图源：美国宇航局官网）
火星陨石其实很早就被收集到 ， 但由于没有可供对比的火星样品 ， 这类陨石的来源一直无法确认 ， 直到1982年情况才发生改变 。 那么第一块火星陨石是如何确认的呢？
最早被发现的火星陨石名为“Chassigny” ， 除此之外 ， 截至1962年 ， 还有3块火星陨石在全球其他地方被收集到 。 这类坠落被人看见并很快收集起来的陨石又称为“降落型陨石” 。 长期以来 ， 人们不确定这些陨石来自哪里 ， 只知道它们经历过高温熔融 ， 是从岩浆中结晶形成的岩石 。 此外 ， 这些陨石又和绝大部分古老的小行星陨石不同 ， 它们的年龄都很年轻 ， 甚至比大多数月球岩石还年轻 。 这些证据似乎都将陨石的来源指向了火星 。
科学家将这些未知的岩石划分为不同的岩石类型 ， 统称为SNC族陨石（SNC为三块典型样品名字的英文首字母 ， S: Shergotty ，N: Nakhla, C: Chassigny） 。 但让大家困惑的是 ， 如果他们是来自火星的陨石 ， 那为什么会没有月球陨石呢？毕竟 ， 从月球表面撞出一块岩石并落到地球上 ， 无论怎样都比火星要容易得多 。 因为月球几乎没有大气 ， 引力很小 ， 逃逸速度只有每秒2.5 公里 ， 也就是说 ， 月球表面被撞出来的岩石 ， 其速度只要达到每秒2.5公里 ， 就能够逃离月球 。 而火星则不同 ， 火星有大气 ， 引力比月球大 ， 逃逸速度至少要每秒5公里 。
这一困惑在1982年得以解开 ， 这一年 ， 美国南极科考队在南极发现了一块特殊的陨石 ， 通过将其与1961-1972年实施的阿波罗计划从月球表面采集并带回381.7千克的月岩样品进行对比发现 ， 这块陨石就是来自月球 。 月球陨石的发现 ， 解决了科学家们多年的困惑 ， 也为火星陨石的确定提供了灵感和信心 。
流浪记|火星陨石的地球“流浪记”
△第一块被发现的火星陨石Chassigny（图源: 国际陨石命名数据库）
流浪记|火星陨石的地球“流浪记”
△第一块被确认的火星陨石EETA 79001 ， 图中显示的是被锯子切开的截面 ， 上面的黑色斑点就是熔融玻璃（图源：美国宇航局官网）
虽然没有火星的岩石样本可供对比 ， 但1976年美国的“海盗1号”和“海盗2号”成功着陆火星 ， 让我们有了火星大气成分的数据 。 因此 ， 如果火星陨石在离开火星时捕获了一些火星大气 ， 就可以同“海盗号”的分析结果进行对比 。
1979年 ， 美国南极陨石科考队在南极发现了一块较大的SCN族陨石 ， 并将其命名为EETA 79001 。 科学家将这块陨石切开（如上图） ， 可以清楚地看到切割面上有许多黑色区域 。 把它们放在显微镜下观察 ， 发现它们实际上是玻璃 。 这些玻璃是小行星撞击火星表面时 ， 高温熔融后快速冷却形成的 ， 又称“熔融玻璃” 。
这与地球上的玻璃陨石很相似 ， 后者是小行星撞击地表 ， 高温将地表岩石熔融成了玻璃 ， 玻璃陨石中有很多气泡 ， 包裹着地球的大气 。 同理 ， 火星陨石中的这些玻璃中也有气泡 ， 但包裹的是当时的火星大气 。 这样一来 ， 科学家就可以通过分析SNC族陨石中的气体成分 ， 对比其与火星大气的异同来确认它们是否来自火星 。 通过对EETA79001玻璃中气体的组分进行分析 ， 得到了令人兴奋的结果 ， 它们真的与“海盗号”飞船所分析的火星大气成分完全一样 ， 从而确确实实地证明 ， 这块陨石的确来自火星 。


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