26.陨石的构成

定 义：穿过地球大气层后降落到地面并幸存下来的岩石碎片。

发现历史：1800年左右，恩斯特·克拉德尼（Ernst Chladni）和让‒巴蒂斯特·毕奥（Jean‒Baptiste Biot）首次提出了太空物质降临地球的想法。

关键突破：19世纪中期，内维尔·斯特瑞·马斯基林（Nevil Story Maskelyne）定义了几种不同类型的陨石。

重要意义：陨石为天文学家近距离研究太阳系的构成原料提供了一个难得的机会。

每天都有成吨的物体从外太空进入地球大气层，但大部分都在大气中燃烧殆尽，只有少数几块陨石能够到达地面——这些来自其他世界的碎片让我们对构成太阳系的原料有了宝贵的一瞥。

尽管古代的人类就已经知道了陨石的存在，但是和陨石有关的科学研究却是从19世纪早期开始的，直到那时，有物质从外太空进入地球这一观点才被广泛认同。直到最近几十年，天文学家和地质学家才认识到这些稀有碎片中含有关于原始太阳系的宝贵信息。

陨石的分类

19世纪中期，大英博物馆的馆长内维尔·斯特瑞·马斯基林第一次尝试对陨石进行分类。他将陨石切成薄片并通过偏振光（在一个平面上振动的光）来研究陨石以突出它们内部的晶体结构。根据观察到的金属和硅酸盐含量的不同，他将陨石分为三大类——陨石（或“石质”陨石）、陨铁（或“铁质”陨石）以及中陨铁（或“石铁”陨石）。

尽管斯特瑞‒马斯基林分类法被广泛运用于描述陨石的分类，但是该分类太宽泛了，以至于无法对地质研究提供帮助。柏林大学的矿物学者古斯塔夫·罗斯（Gustav Rose）后来修正了斯特瑞‒马斯基林分类法，他意识到了球粒陨石的重要性（石质陨石中的微小岩石球，其大小与陨石形成时冷却的速率有关）。罗斯的奥地利学生阿里斯蒂德·布雷齐纳（Aristides Brezina）后来提出了将石质陨石按照是否有可见的球粒陨石归类为球粒陨石和无球粒陨石的观点。尽管20世纪关于陨石分类的理论取得了很多进步，但罗斯和布雷齐纳的分类方案仍然为众多研究者采用。

“天文学家认为HED陨石和一些V型小行星都是从一次发生在灶神星的撞击中喷射出的，这次撞击在灶神星的表面留下了一个巨大的疤痕。”

陨石的种类及起源

已知的陨石中约有86%都是球粒陨石，它们的外表面通常为黑色且带有硬壳（在大气层中降落时烧焦而产生的）。它们的内部由一大团陨石球粒组成，边缘部分熔化黏结在一起，但在它们内部保存着行星形成时原行星云中的物质。它们以硅酸盐矿物为主，但其中有大约5%是富含水和碳基等有机分子的“碳质”。这些易挥发、易蒸发的化学物质的存在表明，碳质球粒陨石从未被高温加热过，因此它们将太阳系早期的物质保存在最原始的状态。一个有趣的问题是，球粒陨石是如何在没有完全熔化的情况下成功地结合在一起的？2005年，华盛顿卡内基研究院的艾伦·波斯（Alan P. Boss）和印第安纳大学的理查德·杜里森（Richard Durisen）提出了一个大胆的想法，他们认为，球粒陨石是通过短时闪光加热黏合在一起的，这些光是由木星形成时造成的激波在原行星云中荡漾而产生的。

无球粒陨石是第二常见种类的陨石，占已发现陨石总数的8%。由于缺乏陨石球粒，它们常常形似地球上的火成岩，并表现出明显的地质活动的特征，如熔融和火山活动。科学家们认为，无球粒陨石起源于大小足以产生地质活动的星子外壳，并在受到撞击时从这些星子表面被喷射出去。科学家们认为有些无球粒陨石来自月球，甚至是火星。

铁陨石占所有已知陨石的5%（尽管金属特性使它们特别显眼，但它们的实际数量可能比这一数字还要少）。以铁为主，但通常也含有镍，铁陨石的组成与岩石行星的核心非常相似。它们总是显示出由精致的线条纵横交错而形成的图案（被称为魏德曼花纹），这意味着随着数百万年的缓慢冷却，这种金属长成了更大的晶体。所有这些证据表明，铁陨石起源于大型星子的冷却核心。

最后，石铁陨石只占已知陨石的1%，并且含有金属和石质混合的无球粒陨石。它们被认为是在大型的、分化良好的星子或小行星的核心和地幔的交界处形成的。

这是一块部分被抛光过的铁陨石显示出被称为魏德曼花纹的特征结构。它们是熔化的金属缓慢冷却后（例如在一颗大型小行星的中心）凝固形成的大块晶体。

家族历史

在过去的几十年间，新技术揭示了更多关于陨石起源的信息。通过测量氧同位素的比值我们可以知道形成陨石的原行星云区域在哪里，而对小行星进行光谱分析表明了小行星更应该被归入哪个主陨石类别中。根据夏威夷大学的大卫·托伦（David J. Tholen）被广泛使用的学说，75%的小行星属于C型，即表面呈黑色且富含碳，可能与碳质球粒陨石有关。C型中还有几种不同的分类，这些子分类陨石具有相同的表面化学性质。除了C型以外，还有17%的陨石属于S型，类似于石质陨石。还有许多不常见的类型，包括富含铁质的M型，有点像铁陨石。

在一些情况下，特定类型的小行星与相关的陨石可以追溯到同一个母天体。最佳的例子就是HED陨石，它是由一组与地球上火成岩很相似的无球粒陨石构成的（古铜钙无粒陨石、钙长辉长无粒陨石和古铜无球陨石），且这些陨石很明显起源于同一颗地质活跃的母天体。HED陨石在无球粒陨石中超过半数，20世纪60年代，有人甚至认为它们来自月球。但是在1977年，天文学家盖伊·康索马诺（Guy Consolmagno）和迈克尔·德雷克（Michael J. Drake）构建了一个详细的母天体模型；1979年，德雷克将它们的起源和大型小行星灶神星（Vesta）联系到了一起。望远镜观测和最近的太空探测器证实了灶神星上有一个巨大的撞击疤痕——HED陨石和一些较小的V型小行星可能即起源于此。

 

水是地表上常见的化合物，但却具有独特的性质。它是少数几种在相对较窄的温度范围内同时存在固体、液体和气体三种形态的物质之一，并且在从一种形态转变成另一种形态的过程中重塑了地球和其他星球。