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2013年车里雅宾斯克陨星坠落后留下的尾迹。图片:Nikita Plekhanov

陨石是怎么鉴定的?

May 25th

@叶夜速写 | 85次浏览(views)

2013年车里雅宾斯克陨星坠落后留下的尾迹。图片:Nikita Plekhanov

2013年车里雅宾斯克陨星坠落后留下的尾迹。图片:Nikita Plekhanov

  近几天,微博天文圈爆发了一场激烈辩论,被圈内同好们谑称为“一块陨石引发的血案”,辩论双方一边是北京天文馆馆长朱进,另一边是中国陨石收藏家协会会长徐淑涛以及山东省陨石专业委员会徐淑彬。事件起因是北京天文馆主办的《天文爱好者》杂志,在2011-2012年的杂志上连续发表文章,认为陨石专业委员会“大肆宣传错误的陨石知识”以及贩卖假陨石;负责组建北京天文馆陨石实验室的朱进随后认为,陨石专业委员会在2011年春季举办的陨石拍卖会上拍卖的陨石,“没有一块是真的”,而两位徐先生认为这“纯属造谣污蔑”,“朱馆长不懂陨石”,并“建议撤销北京天文馆”,双方争执遂升级。

  这场辩论引出了一个有意思的问题:陨石到底是怎么鉴定的?考虑到目前国内有许多投资者开始对投资珍稀物品感兴趣起来,我想,这一个问题的回答除了能满足大家的好奇心之外,还能有一些实际意义。不过,这么一个问题可不是三言两语就能简单回答的,我不妨以一个小故事开头。

排除陨石是比确认陨石要容易得多的

  我们这入学的第一门课是一门叫“行星科学导论”的短期课程,其中一天是专门讲陨石鉴定和“陨石坑力学”。陨石学是地质学家们的领地,因此讲课的是系里一位专门做行星地质学的教授,他同时负责教宇航员地质学,并曾多次到两极地区研究陨石坑。那天上完课之后有一个小测验,就是分发一堆石头,要求判定是否陨石。这个测验对我这个非地质出身的人简直是太难了——虽然其中有一半的石头是很容易排除的,但剩下另一半的石头看起来全都模棱两可,我上看下看左看右看,最后实在没办法,都填了“需要检验”,没想到教授看了之后笑眯眯的说:“这很正常,因为有不少石头就是要拿到实验室才能下定论的。”

  这个故事佐证了一点:在绝大多数情况下,要肯定一块石头是陨石,光靠眼看手摸是不够的,光靠照片则更不够,靠手机拍的照片就更更不够了。但反过来说,否定一块石头是陨石则容易许多。因为陨石在野外是非常稀少的,远远少于黄金,如果一块石头不具备陨石的多数特征,那很可能这块石头只是一块普通的石头而已。总结起来就是:你可以排除不是陨石的石头,但如果你怀疑一块石头是陨石的话,唯一靠谱的办法是:拿去地质实验室化验。

  我们课题组里有一位专门研究陨石的教授,前段时间由于系里的楼翻新,他和我共用一间办公室。由于他的研究领域,经常会有自称“发现陨石”的人打电话来找他,但他时常去野外,为了避免我被问得张口结舌,他就在电话边上留了一张卡片,卡片上写了几个问题,以方便我回答这样的电话。他有一次和我开玩笑的说,“你不是上过短期课程嘛,如果你都能很肯定地排除,那我就没必要看了。”在那间办公室的三个月,我接过三次这样的电话,三次都被我排除掉了,不过其中有一位哥们还相当执着地认为他找到的一定是陨石,即使是教授本人也说服不了他,我们只好采取“终极建议”—— 建议他和某地质博物馆联系,因为“他们更感兴趣”。

1909年发现的Murnpeowie铁陨石,通体遍布气印。James St. John摄。

1971年坠落于巴西的Marília陨石,从破损处可以看到覆盖陨石表面的黑色熔壳。

潜在陨石应该具备哪几个特征?

  征得教授同意,我将卡片内容,结合一些研究单位网站上提供的资料(比如这里、这里以及这里),为大家总结一下潜在陨石可能具备的特征。

  第一:熔壳(fusion crust)和颜色。陨石在通过大气层时,其表面会烧蚀并产生熔壳,大多数陨石的熔壳呈黑色,但坠落时间较久远的陨石熔壳可以因风化作用而变成深褐色。需要注意的是,玻璃陨石(又称“雷公墨”)可能有其他颜色,但玻璃陨石并不是陨石,通常认为它们是陨星撞击地面时飞溅的地表物质和陨星碎屑冷却形成的。

  第二:外观和密度。陨石极少呈大致球形或者有尖角,大多数陨石的形状都比较不规则,但边角都较圆滑。陨石极少有天然形成的空洞。绝大多数陨石都比同体积的一般地球岩石要重,铁陨石平均要重3.5倍左右,石陨石也有1.5倍。

  第三:气印(regmaglypts)。大多数陨石表面都相当光滑,有许多陨石表面有类似于拇指按过的气印。

  第四:磁性。大多数陨石都或多或少地具有磁性,铁陨石尤其明显。

  如果以上四点都能满足,那这块石头可以拿去实验室做进一步鉴定;但如果大多数不满足,那这块石头很可能只是一块普通的石头而已。

  到了实验室检测阶段,最常用的“法宝”是靠检测石头中镍的含量。镍在地球上较稀少,但在陨石中广泛存在。按照这里的说法,去找实验室做这样的一个化验只要花几美金,但如果能证明眼前的一块潜在陨石中镍的含量在3-10%之间,这几乎就能肯定它的陨石身份了。

一些与陨石有关的事实

  华盛顿大学圣路易斯分校的Randy Korotev教授是第一批分析阿波罗11号带回的月岩的科学家之一,在圈内很有名望。由于不堪各种报告“陨石发现”的热心人士的“骚扰”(单是在2012年,他就被来自64个不同国家的907位热心人士骚扰了2277次,平均每天有个六七次),他弄了个网页,列了63条“与陨石有关的事实”,在此我选摘了一些有意思的条目翻译出来,供大家参考(括号里的注释是本人添加的,破折号后的注释是作者原文)。

1. 找到陨石的概率非常非常小。即使是有经验的陨石猎人,也可能要好几年才发现一枚陨石。(美国全境,含阿拉斯加和夏威夷,平均每年发现7.6枚陨石)。

5. 看起来像陨石的石头未必真是陨石。

11. 如果这块石头看起来像烧过的,那它可能不是陨石。——因为陨石并不“燃烧”,而是被“熔蚀”。

13. 表面的凹陷并不一定就是气印。

42. 如果这块石头是你在河床、河边,或者任何有大量石头的地方发现的,那它可能不是陨石。——如果你不想花很长时间找你的车的话,最简单的办法是把车停在空的停车场里。

44. 超级硬的石头可能不是陨石。

50. 如果这块石头在你家里放了N年,那它可能不是陨石。

56. 用充斥着各种莫名其妙的伪科学词汇(原文:pseudoscientific mumbo-jumbo,看《生活大爆炸》的筒子必须知道后一个单词!)推销价格奇高的“陨石”的广告,大多数就是在卖一些普通的石头而已。——因为总有的人吃饱了撑着没事干。(美国的例子)

57. 如果你找到了一块真陨石,它未必有你想象的那么值钱:例子(这枚7.4克陨石卖11美元,大约70人民币)

62. 请先把“陨石”的英文拼对…… (拼不出来的筒子请自行抄写100遍,中文读音读错的筒子请自行面壁,另外进阶爱好者们请解释“流星”、“陨星”、“陨石”、“陨铁”、“陨冰”、“流星体”、“小行星”、“彗星”等名词的区别和关联)

  Korotev教授还在个人声明里还来了个美国式幽默:如果某个在高速公路上运动的物体有四个轮子、两盏灯和一个后尾箱,那它更可能是辆轿车而不是外星人的飞行器。

题外话:陨石买卖

  下面讲点儿和科学不怎么沾边的题外话:陨石买卖。

  徐淑彬在其个人博客里表示将“介绍(北京)天文馆如何……盗割国宝陨石境外出卖”(这里删掉感情色彩比较浓厚的词汇),这又是怎么一回事呢?据我了解,国内尚未对陨石保护与买卖进行立法,因此即使北京天文馆参与买卖陨石,只要买卖的的确是真陨石,又得到法定的所有人的许可,我暂时看不出有什么违法之处。不过,如果北京天文馆或者其他任何组织或个人将不是陨石的石头定性为陨石并试图出售,这一行为倒是可能涉及诈骗,这就有可能触犯法律了。

  在国外,陨石保护与买卖又是个什么情况呢?这潭水挺深的,我就只讲一个我知道的故事。2009年9月25日,一颗陨石坠落于加拿大的格林姆斯比镇,被我们课题组的全部设备(包括全天摄像监控网、多站雷达和次声探测阵)悉数观测到,这绝对是RP爆表的一件事啊!全组人员立即出动搜寻陨石,很快在某家人的后院中找到了一些几十克的陨石碎片,并以市场价把它们请到了我们实验室。但根据观测数据,陨石中应该还有一枚1千克左右的巨大碎片,根据推测,非常可能落到了相邻的一户人家里,但那户人家始终不愿意研究人员进入他们家的院子进行搜寻。后来,小镇的人纷纷传说,这家人找到了那枚巨大的陨石,并将其当成神物对待。由于这边的法律严格保护私有财产,而陨石掉到他们家的院子里,成为他们的私有财产也毫无疑问,所以尽管大家都知道这次RP极高的事件的重大价值,但对那户“硬骨头”仍然无可奈何。

小结

  其实说来说去,我主要就在说一个意思:陨石是非常稀少的,排除陨石是容易的,认定陨石是相当难的。我们还是引用Korotev教授写的“陨石事实”里的最后一条好了:如果有专家或者号称专家的人很肯定地说你手里的石头不是陨石,相信他!

感谢:El Mah-Dia Ibrahim,Prof. Phil McCausland,微博网友 光头怪博士、EchoScorpius、云舞空城的围脖、传奇般的狐狸列那 的讨论。

论文交稿之后,导师给我的小奖励——近距离接触课题组刚添的车里雅宾斯克陨石。下面是陨石空爆导致的碎玻璃。

论文交稿之后,导师给我的小奖励——近距离接触课题组刚添的车里雅宾斯克陨石。下面是陨石空爆炸裂的窗子的碎玻璃。

鉴定, 陨石
2013年车里雅宾斯克陨星坠落后留下的尾迹。图片:Nikita Plekhanov

也谈车里雅宾斯克陨星

Feb 16th

@星闻星语 | 560次浏览(views)

4条评论(comments)

陨星坠落后留下的尾迹。图片:Nikita Plekhanov

陨星坠落后留下的尾迹。图片:Nikita Plekhanov

  2月15日当地时间9时许,一颗直径15米左右的小行星在从太阳方向穿越地球轨道的时候”不慎“和地球撞了个满怀,在距离地面20-30公里的高空爆炸解体,其释放出的能量相当于好几个广岛原子弹。到目前(2月16日北京时间7时)为止,陨星已经造成超过1200人受伤,约3000栋建筑物遭到不同程度的损坏。面对这一不太常见的现象,各种各样的说法满天飞,从天文学家渎职到美国武器试射,不一而足。尽管目前已经整理出的观测数据只是冰山一角,但起码我们已经可以较为肯定地回答一些疑问了。我就不妨借着这个机会,和大家讨论一下和陨星有关的那些事儿。

  首先,以下是截至北京时间(下同)16日清早的消息更新:根据我们组的次声探测网络的初步结果,陨星空爆的精确时间为15日11:20:26,整个事件的爆炸当量约为47万吨TNT,相当于著名的通古斯事件(下限为300万吨TNT)的十分之一左右。母体小行星的直径约为15米,质量约为7000吨,空间速度约为18公里/秒。另外,这次事件造成的主要破坏,并不直接来源于陨星本身,而是陨星爆炸的冲击波到达地面之后引发的灾害。

陨星、陨石、流星、流星雨、小行星、彗星之间是什么关系?

  陨星和陨石的中文定义比较模糊。根据《汉典》的解释,陨星和陨石均指落地未燃尽的大流星体(或者小的小行星)。一般来说,”陨石“的说法更常见一些。陨星或陨石有大有小,但一般直径都在数厘米到数米不等。我的理解是”陨星“应该指陨石落地前的阶段,因为”陨“字可作动词解,比如《汉书》:“继以陨星流彗,维填上见……”(卷七十五)

  流星指星际空间中较小的固体颗粒(一般称流星体)进入大气层时摩擦发光的现象。流星体的直径约在十万分之一米到一米之间,一般在90-100公里的高度就燃尽了。流星雨,笼统的说,是许多流星一同出现的现象。

  小行星和彗星是太阳系小天体中较大的成员,它们比流星体大,但比大行星和矮行星要小,直径由数百米到数百公里不等。流星、流星雨和陨石(陨星)大多来源于它们。

  总结起来就是:小行星和彗星产生流星和流星雨,小的小行星或者大的流星体可以落到地面而成为陨石。

看来小行星真会毁灭地球啊?我们有什么应对方案?

  根据目前的观测数据推断,造成车里雅宾斯克事件的小行星,直径仅在15米左右,但已经对人员生命财产安全造成了不小的影响。更大的小行星当然危害更大。近代文明史上最大的这类事件—— 1908年的通古斯事件,焚毁了撞击点周围50多公里内的约6千万棵树木,据估计系一颗直径约100米的小行星或小彗星造成。科学家们将直径140米以上、到地球最小距离小于750万公里的天体称为”潜在威胁天体“(potentially hazardous object, PHO)。这些天体如果撞击地球,将可能对较大的区域造成毁灭性的影响。目前已知的潜在威胁天体有近1500颗之多,不过它们起码短期内都不会对地球造成直接威胁。

  目前我们唯一的应对手段是寻找并发现它们。美国在这方面远远走在前面:由美国军方资助的多个近地天体搜寻项目从上世纪90年代就开始运行,发现了目前已知的绝大多数潜在威胁天体,但它仍然不能保证发现非常小的小行星(比如造成车里雅宾斯克事件的母体小行星)。2008年底发现的2008 TC3是历史上第一颗提前发现的直接撞击地球的小行星,其直径只有4米左右,这样大小的小行星撞击地球的事件估计每1年多一点就能发生一次。

  好几部好莱坞大片涉及英雄摧毁即将撞击地球的小行星的情节。然而数年前我接触到一份数百页的NASA的报告,其结论大致是人类目前还无法完成这么牛的事儿。

天文学家们曾信誓旦旦的表示2012 DA14不会撞击地球,但又发生了这次陨星事件。他们说这次的陨星和2012 DA14无关,这是要给自己洗地吗?

  很容易查到,2012 DA14的运行轨迹(从地面上看)是由南向北,而俄罗斯位于北半球中高纬度,不可能被2012 DA14或者任何与其轨道相近的天体击中。而且,造成车里雅宾斯克事件的天体系由东向西运行,运行方向和2012 DA14几乎垂直。由此可以看出,两件事的确只是”恰好“在同一天发生的。

现在科学技术如此发达,为何没有提前发现这颗小行星并做出预警?

  最简单的答案:因为这颗小行星是从太阳的方向飞过来的,故人们没有提前发现。

  另一方面,小行星的直径只有15米,仍然是太小了,它需要非常靠近我们才能显得足够亮,因此留给天文学家们发现它的时间非常短(根据经验,以现在的观测能力,这个”时间窗口“的长度大概是几天到一个星期左右),目前的近地天体监测网络只能做到大约一到两个月覆盖全天一次,显然并不足够。如前文提到的,类似2008 TC3的撞击事件几乎每年都在发生,但完善的巡天网络已经建立了十多年,却只发现一例,也可以说明目前观测能力的局限性。

有消息说这是美国人试验新式武器,如果不是因为俄罗斯空军进行了拦截,这次事件后果会更严重……

  如果你看过流星的话,会发现这次事件的火流星和一般流星的视速度看起来差不多,从视频中反映的冲击波延迟现象来看,其出现高度也不低(简单的估算可以推导出其爆炸高度大概在几十公里这个量级)。流星体的速度在每秒二三十公里左右,即使打个对折,也有每秒十公里,这个速度已经接近挣脱地球-月球的引力系统了。除了行星际探测器之外,有什么人造物体需要跑那么快?或者说有哪个国家能精确拦截如此高速的物体?

为什么你不说是外星人飞碟坠毁什么的?

  先不提专门研究流星、陨星的科学家对这样的现象如何见怪不怪,只要想想,一个能将飞行器加速到每秒18公里的文明居然不掌握基本的着陆技术,这也太菜了点呀……

陨星会伤人吗?是不是该买陨星保险了?

  历史上有少量陨星夺命的记录,最著名的是1490年甘肃的陨石雨,死者”数以万计“。不过总的来说,被陨石击中仍然是个小概率事件。著名天文学家Alan Harris通过计算认为,一个人一生中被陨石击中的概率约为70万分之一,甚至略低于一个人一生中遇到一次空难的概率。他开会做报告时最爱讲的一个段子就是”我冒着更大的危险来宣传小行星撞地球的危险“。

科学家们是如何研究流星和陨星现象的?

  流星/陨星科学处境很微妙,它研究的是天上的目标,但这些目标却有可能被人们拿到实验室里研究,从而获得其母体信息。乍看上去,流星科学似乎是天文学下的分支,但实际上它和大气科学以及地球科学的关系也非常密切。简单来说,天文学家们通过摄像、望远镜、雷达和次声等方式探测和研究流星体,这联系着太阳系小天体以及空间科学的领域;同样的数据也可以让大气科学家们获得流星层的大气信息(比如温度、风速风向、臭氧等),这联系着大气科学尤其是大气化学的领域;地球科学家们则大多研究陨石本身、陨石坑的演化以及它们对生物圈的影响,这就联系着地质学甚至是古生物学的领域了。

  本文刚完稿时,我在微博上看到 @宝中堂 围绕这次老天暗中”放冷箭“的事儿写了个段子,实在写得太精辟了,于是在这儿冒昧引用,就算是个有趣的收尾吧:“我最近有一个构思。”“说来听听。”“故事说一颗小行星飞向地球,引起社会恐慌,科学家告诉人们,经过计算,小行星会从地球附近掠过,不会撞上,科学是不会有错的。最后果然没事。人们松了口气,正在此时,另一颗之前没发现的小行星撞向了地球……有意思吧!”“胡编乱造,怎么可能有这么巧的事!”

车里雅宾斯克, 陨石
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  • 题图说明 The Title Image

    作者遥望天山山脉,谢文鹏于2008年8月9日摄于新疆维吾尔自治区巩乃斯河谷。天山山脉是亚洲中部最大的山脉。

    The author was gazing the Tian Shan mountains. Taken by Wenpeng Xie at Kunges Valley of Xinjiang Uighur Autonomous Region on August 9, 2008. The Tian Shan ("celestrial mountains") is the largest mountain range located in Central Asia.

  • 致谢 Acknowledgement

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