與地球相撞的流星有一些特別之處

科學(xué)家對(duì)早期太陽(yáng)系的大部分了解都來(lái)自隕石——隕石是穿越太空并在地球大氣層中熾熱墜落后幸存下來(lái)的古老巖石。

在隕石中，有一種類(lèi)型——稱(chēng)為碳質(zhì)球粒隕石– 以最原始的方式脫穎而出，并提供了對(duì)太陽(yáng)系的起步階段.

碳質(zhì)球粒隕石富含水、碳和有機(jī)化合物。它們是“水合的”，這意味著它們含有與巖石中礦物質(zhì)結(jié)合的水。水的成分是鎖定在晶體結(jié)構(gòu)中.許多研究人員認(rèn)為，這些古老的巖石在向早期地球輸送水.

在撞擊地球之前，穿越太空的巖石通常被稱(chēng)為小行星、流星體或彗星，具體取決于它們的大小和成分。如果這些物體中的一塊一直到達(dá)地球，它就會(huì)成為“隕石”。

通過(guò)用望遠(yuǎn)鏡觀察小行星，科學(xué)家們知道大多數(shù)小行星具有富含水的碳質(zhì)成分.模型預(yù)測(cè)大多數(shù)隕石（超過(guò)一半）也應(yīng)該是碳質(zhì)的。但在地球上發(fā)現(xiàn)的所有隕石中，只有不到 4% 是碳質(zhì)的。那么為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的不匹配呢？

在發(fā)表在該雜志上的一項(xiàng)研究中自然天文學(xué)續(xù) April 14， 2025，我和我的行星科學(xué)家同事試圖回答一個(gè)古老的問(wèn)題：所有的碳質(zhì)球粒隕石都在哪里？

樣本返回任務(wù)

科學(xué)家們對(duì)研究這些古老巖石的渴望推動(dòng)了最近的樣本返回太空任務(wù)。NASA 的 OSIRIS-REx和JAXA 的 Hayabusa2 任務(wù)改變了研究人員對(duì)原始、富含碳的小行星的了解。

發(fā)現(xiàn)的位于地面上的隕石暴露在雨、雪和植物中，這會(huì)顯著改變它們并使分析更加困難。因此，OSIRIS-REx 任務(wù)冒險(xiǎn)前往小行星 Bennu檢索未更改的樣本。檢索此樣本使科學(xué)家能夠檢查小行星的成分詳細(xì)地。

同樣，Hayabusa2 的小行星 Ryugu提供了另一種同樣富含水的小行星.

這些任務(wù)一起讓像我這樣的行星科學(xué)家研究來(lái)自小行星的原始、脆弱的碳質(zhì)物質(zhì)。這些小行星是了解我們太陽(yáng)系的組成部分和生命起源的直接窗口。

碳質(zhì)球粒隕石之謎

長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們認(rèn)為地球的大氣層過(guò)濾掉了碳質(zhì)碎片。

當(dāng)一個(gè)物體撞擊地球大氣層時(shí)，它必須在巨大的壓力和高溫下生存。碳質(zhì)球粒隕石往往比其他隕石更弱、更易碎，因此這些天體的機(jī)會(huì)不大。

隕石通常在兩顆小行星相撞時(shí)開(kāi)始它們的旅程。這些碰撞會(huì)產(chǎn)生一堆厘米到米大小的巖石碎片。這些宇宙碎屑在太陽(yáng)系中劃過(guò)，最終會(huì)落到地球上。當(dāng)它們小于一米時(shí)，科學(xué)家稱(chēng)它們?yōu)榱餍求w。

流星體太小了，研究人員無(wú)法用望遠(yuǎn)鏡看到，除非它們即將撞擊地球，天文學(xué)家很幸運(yùn)。

但是，科學(xué)家們可以通過(guò)另一種方式研究這個(gè)群體，進(jìn)而了解為什么隕石具有如此不同的成分。

流星和火球觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)

我們的研究團(tuán)隊(duì)使用地球大氣層作為我們的探測(cè)器。

大多數(shù)到達(dá)地球的流星體都是沙子大小的微小粒子，但偶爾也會(huì)直徑達(dá)幾米的物體被擊中.研究人員估計(jì)約 5,000 公噸的微隕石每年登陸地球。而且，每年有 4,000 到 10,000 顆大型隕石——高爾夫球大小或更大——地球上的土地.那是每天超過(guò) 20 次.

今天，數(shù)碼相機(jī)使夜空的全天候觀測(cè)既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)。低成本、高靈敏度的傳感器和自動(dòng)檢測(cè)軟件使研究人員能夠監(jiān)測(cè)夜空的大部分區(qū)域是否有明亮的閃光，這是流星體撞擊大氣層的信號(hào)。

研究團(tuán)隊(duì)可以使用自動(dòng)分析技術(shù)（或非常敬業(yè)的博士生）篩選這些實(shí)時(shí)觀察結(jié)果，以找到寶貴的信息。

我們的團(tuán)隊(duì)管理著兩個(gè)全球系統(tǒng)：FRIPON 餐廳，一個(gè)由法國(guó)主導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)，在 15 個(gè)國(guó)家/地區(qū)設(shè)有電臺(tái);和全球火球天文臺(tái)，由背后的團(tuán)隊(duì)發(fā)起的合作沙漠火球網(wǎng)絡(luò)在澳大利亞。

我和我的同事們與其他開(kāi)放獲取的數(shù)據(jù)集一起，使用了分布在 39 個(gè)國(guó)家/地區(qū)的 19 個(gè)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)觀察到的近 8,000 次撞擊軌跡。

通過(guò)將地球大氣中記錄的所有流星體撞擊與以隕石形式成功到達(dá)表面的撞擊進(jìn)行比較，我們可以確定哪些小行星產(chǎn)生的碎片足夠堅(jiān)固，可以在旅途中幸存下來(lái)。

或者，反過(guò)來(lái)說(shuō)，我們也可以確定哪些小行星產(chǎn)生的弱物質(zhì)在地球上不像隕石那樣經(jīng)常出現(xiàn)。

太陽(yáng)把巖石烤得太多了

竟然我們發(fā)現(xiàn)許多小行星碎片甚至沒(méi)有到達(dá)地球。當(dāng)碎片仍在太空中時(shí)，某些東西開(kāi)始移除弱物質(zhì)。這種碳質(zhì)材料不是很耐用，當(dāng)其軌道靠近太陽(yáng)時(shí)，它可能會(huì)因熱應(yīng)激而分解。

當(dāng)碳質(zhì)球粒隕石的軌道靠近，然后遠(yuǎn)離太陽(yáng)時(shí)，溫度會(huì)發(fā)生變化在其材料中形成裂縫.這個(gè)過(guò)程有效地從地球附近的物體群中破碎和去除脆弱的水合巨石。這種熱裂解后留下的任何東西都必須在大氣中存活。

剩下的物體中只有 30%-50% 在大氣層中幸存下來(lái)并成為隕石。軌道使它們更靠近太陽(yáng)的碎片往往更耐用，使它們更有可能在穿過(guò)地球大氣層的艱難通道中幸存下來(lái)。我們稱(chēng)之為生存偏差。

幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直假設(shè)，僅靠地球大氣層就可以解釋碳質(zhì)隕石的稀缺性，但我們的研究表明，大部分的移除都發(fā)生在太空中。

展望未來(lái)，新的科學(xué)進(jìn)展可以幫助證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)并更好地識(shí)別流星體的成分?？茖W(xué)家需要做得更好使用望遠(yuǎn)鏡在物體撞擊地球之前對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。更詳細(xì)的建模這些物體如何在大氣中分解還可以幫助研究人員研究它們。

最后，未來(lái)的研究可以提出更好的方法來(lái)識(shí)別這些火球是由什么制成的，使用流星的顏色.

帕特里克·舒伯， 行星科學(xué)博士后，美國(guó)國(guó)家航空航天局 （NASA

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