天外飞仙
——陨石雨里的宇宙科学

徐伟彪

什么是陨石

陨石大家都听说过，到底什么是陨石？其实，我们的先人在 2000 多年前就给陨石下了一个很明确的定义。司马迁在《史记·天官书》里面说过“星坠至地则石也”，翻译成现代汉语就是说，称为陨石的第一个条件，它是来自地球以外天体的碎片；第二个条件，它穿过地球大气层，通过自然的陨落过程落到地球。按照这个定义，我们在中国的广东、海南地区经常发现的雷公墨，或称为玻璃陨石，其实并不是陨石，而是产自地球的碎片。人造卫星碎片从太空落到地球上面，以及美国的阿波罗月岩样品和太空飞船采集回来的其他星球的样品，严格来讲，它们也不是陨石。

中国有个词语叫“天外飞仙”。古代中国人认为天上住着很多神仙，从天上来的东西都是带着仙气的。在空间科学上，也有很多现实版的“天外飞仙”，那就是陨石。

我国历史上的陨石事件

中国 5000 多年历史上曾经有几百次关于陨石的记录。最早的记录出现在春秋战国时期的《春秋》，里面记录了公元前 645 年在河南发生的一次陨石陨落事件，而《左传》关于这个事件的记录里还特别指出陨石可能来自宇宙空间。 在明代的史书里面，记录了在 1490 年发生在陕西庆阳地区的一次大型陨石雨事件，那次事件造成了很多人伤亡，是历史上唯一一次记录伤亡的陨石事件。

在史书里面记录的陨石事件大部分只有记录没有实物，但也有例外。明代史书记录，广西南丹 1516 年发生过一次巨大的陨石雨事件。1958 年，很多人在南丹一个区域内挖到了大量的矿石。起初大家以为是铁矿石，但是拿去炼钢怎么都炼不化，后来科学家经过研究才发现，这是本身已经变成钢铁的陨铁。南丹铁陨石分布范围很小，只有方圆 10 千米，但是这 10 千米范围内有很多铁陨石，总质量超过了 100 吨。这是一次少有的既有史书记录，又有实物的陨石事件。

陨石的分类及来源

目前，全世界收集到的陨石有几万块。根据成分可以分成三大类：第一类是石陨石，以硅酸盐为主，继续细分的话还可以分为球粒陨石和无球粒陨石两类，约占所有陨石的 96.4%；第二类是铁陨石，主要成分是金属，约占 2.1%；第三类是石铁陨石，它是由一部分石陨石和一部分铁陨石组成的，约占 0.6%，还可细分为中铁陨石和橄榄陨铁。

铁陨石比较稀有，很有研究价值。对铁陨石进行进一步分类，主要有两种分类方式：一是通过内部矿物结构分类，可以分为六面体、八面体、无纹陨铁；二是根据铁陨石内部微量元素含量做化学分类。这种分类方法比较科学，就好像对人类做基因分析一样，可以获得最为详细的科学信息。目前世界上发现的最大铁陨石是在纳米比亚发现的霍巴铁陨石，其质量有 60 吨。

这些陨石是从什么地方来的？主要有四个来源：小行星带、月球、火星及彗星。在木星和火星的运行轨道之间，有一条聚集了几百万颗小行星的小行星带，到达地球的陨石大部分是从这些小行星来的；另外还有一小部分是从月球、火星上来的；此外，陨石还有可能来自彗星。彗星的轨道是椭圆形的，有时候彗星的轨道比较扁长，可能会和地球的轨道相交，彗星的部分组分可能掉落到地球。至于太阳系的其他行星，比如水星、金星、木星等，目前还没有发现来自这些行星的陨石。为什么？从动力学角度来看，水星和金星距离太阳比较近，其产生的碎片容易被太阳捕获，陨石要飞过来很困难；木星则是因为它的质量很大，导致其表面引力非常大，碎片要飞出木星需要非常快的速度。

陨石中的宇宙起源

陨石来源于太阳系，陨石形成的过程实际上暗含了太阳系的形成过程。通过天文观测和理论计算，天文学家已经可以确认太阳系的形成过程，这个过程反映在陨石里面，我们可以找到证据。

球粒陨石形成于太阳系诞生之初。将一颗球粒陨石切开观察切面，可以看到很多圆形的球粒，这些球粒主要由硅酸盐矿物构成，是太阳系最早形成时发生的各种物理现象留下的证据，通过研究这些球粒可以还原当时太阳系发生过的事件。另外，陨石里面还有许多发白的物质，这些是金属颗粒。球粒陨石就是由硅酸盐矿物颗粒和金属矿物质颗粒组成的一个复合体。

无球粒陨石的形成过程则反映了大的行星，如地球、火星等的形成过程。无球粒陨石大部分来自小行星带。小行星带的母体比较小，形成后基本没有发生过变化。有少量小行星的体积达到一定大小以后，内部会产生很多热量。小行星内部的温度不断升高，热量达到一定程度，会将矿物熔化。熔化后，陨石中的白色金属颗粒会因为密度比较高而沉积到核心，形成金属核，类似于地球的地核。硅酸盐矿物比较轻，就会上浮到表面。整个小行星就形成了核、幔、壳的结构。来自离小行星核心不同距离的碎片会形成不同种类的陨石。比如说，铁陨石是从小行星的核来的，无球粒的石陨石是从小行星的壳来的，橄榄陨铁来自核和幔的交界处。这个区域很小，是很薄的一层，所以橄榄陨铁在陨石中的数量占比非常低。

阿勒泰陨落带

陨落带的定义

陨石掉落地球表面后一般会形成一条陨落带。小行星进入地球大气层的速度非常快，与大气发生摩擦，产生高温。温度升高后的小行星内部热量不均，会发生爆炸。爆炸产生的碎片速度逐渐降低，以各种大小与形状掉到地球上。碎片降落有一个规律，大的碎片落到前面，小的碎片落在后面，于是在地球表面形成一个椭圆形的散落区。这个区域就是陨石的陨落带。

在中国的阿勒泰铁陨石没有发现之前，纳米比亚的吉波恩长达 275千米的陨落带曾经被认为是世界分布范围最长的铁陨石陨落带。然而，纳米比亚铁陨石发现地的地点分布并不完全按照一条直线的规律，而是杂乱无章。因此，有人怀疑陨石带中的一些体积比较小的铁陨石曾被人为搬动过，记录不一定可靠。不过，不管这个记录是真是假，现在都已经被中国阿勒泰 425 千米长的陨落带打破了。

阿勒泰陨落带的发现

阿勒泰陨落带的发现是一个漫长的故事。

故事始于 1898 年。新疆的青河县发现了一块 28 吨重的铁陨石，由于太重无法移动，发现以后就一直留在发现地，直到 1965 年才被搬到新疆乌鲁木齐的一个博物馆门口。

在发现青河 28 吨铁陨石 100 多年后的 2004 年，人们在这块陨石东南方100多千米处又发现了一块重400多千克的铁陨石。经过研究后发现，这块陨石跟 28 吨铁陨石的成分相似，它们应该来自同一块母体。同年，在阿勒泰小东沟也发现了一块 35 千克的铁陨石，然而科研人员在给这块铁陨石归类的时候把类型定错了，这个失误导致阿勒泰陨落带的发现推迟了将近 10 年。到了 2011 年。在小东沟附近发现了两块分别重达 18 吨和 5 吨的铁陨石，在 2016 年又发现了 1.4 吨的铁陨石。除了大的铁陨石以外，在小东沟附近还发现了很多几千克到几十千克的小的陨石碎片，将它们的发现地点标注在地图上，可以看出这些点形成了一条很长的直线，所有陨石的发现地点都落在这条直线上面，这使人联想到这些陨石都是在同一次陨石雨中掉下来的。

那要怎样科学严谨地证明这些陨石来自同一场陨石雨呢？有三个证据。第一个证据，从不同地方发现的铁陨石中各取一个碎片样品，观察其内部的结构，发现这些样品的内部结构都是一样的，这意味着这些碎片都是一样的“血型”。第二个证据，科研人员在这些铁陨石里面找到了一种特殊的矿物——陨碳铁矿。陨碳铁矿是铁镍合金，又可以分为两种，在IIIE型铁陨石和IIIAB型铁陨石中会出现不同的陨碳铁矿，在阿勒泰铁陨石中发现了第一种，这表明在阿勒泰发现的都是IIIE型铁陨石。第三个证据是最严谨的，科研人员对碎片样品的微量元素进行了彻底的分析，确定每一块的微量元素含量基本是一致的。这个化学分析还发现，阿勒泰陨石跟之前发现的IIIE铁陨石还有一些区别，属于一种特殊的IIIE型陨石。这几个证据合在一起就足以证明，在阿勒泰发现的这些铁陨石都来自同一个母体，在同一场陨石雨中掉落下来。

从2011 年到 2016 年，国际陨石学会整整论证了 5 年时间。终于在 2016 年，国际陨石学会发布了一个公告，公告称新疆阿勒泰地区的陨石都是从同一场陨石雨中掉落的，它们统称为阿勒泰陨石，并且阿勒泰陨石属于一种特殊的IIIE型陨石；此外，公告还把青河 28 吨陨石的发现地的地理位置进行了纠正。这个公告的发布，确定了长达 425 千米的阿勒泰陨落带为全世界最长的陨落带。

关于阿勒泰陨落带的重要问题

关于阿勒泰陨落带有两个重要的问题。第一个问题是，这场陨石雨是什么时候落下的？史书上并没有对阿勒泰陨石雨的记录。当时在搬运铁陨石的时候，在铁陨石下方发现了许多被烧焦的植物，如果对这些植物样品进行分析，就可以确定陨石雨落下的时间。不幸的是，在后来的运输转移过程中，样品被弄丢了，导致现在无法准确确定陨石雨的下落时间。通过间接的分析可以推测，阿勒泰陨石雨是在 5000 年前落下的。这是因为 5000 年前新疆的气候比较湿润，有着丰富的植被，这可以解释在陨石下方烧焦的植物。

第二个问题是，阿勒泰陨石雨为什么可以落得那么长？大部分陨石雨的陨落带就只有几千米、几十千米长，但是阿勒泰陨石雨足足有 400千米长。天文学家运用牛顿运动定律计算得出，当陨石进入大气层的速度达到 18 千米/秒，并且入射的角度跟大气层正切，然后陨石在离地面35 千米的高空中发生爆炸，这些条件满足之后，就可以形成一个 500 千米长的陨落带。所以，理论上这个陨落带是可能形成的。

陨石这种天外来客拥有漫长的历史和曲折的身世。无论是对于个人收藏还是科学研究，陨石的价值都是不可估量的。陨石就是上天送给人类探索太阳系和宇宙历史的助手，它里面蕴含的宇宙科学之美，值得我们细细品味。