2019年10月，一顆隕石墜落在我國吉林省，東三省的網(wǎng)友們目擊了這震撼的一幕，而這已不是隕石第一次光臨吉林了。1976年3月8日15時，隕石雨降落吉林，當時也收集到了重達1770公斤的世界最大的石隕石。
圖片來源：央視新聞微博視頻截圖
隕石是闖入地球的天外來客，它蘊含著珍貴的宇宙信息，科學家們稱隕石為“太陽系的化石”。人們對隕石進行了大量研究，包括確認隕石的來源，挖掘他們的“流浪史”。今天就讓我們一起來看一看，我們對火星隕石是如何進行研究的。
你從哪里來——第一塊火星隕石的發(fā)現(xiàn)
我們想要了解火星，除了發(fā)射探測器前往火星考察以外，還可以通過另一個重要途徑，就是研究火星隕石。在太陽系，受到小天體碰撞的現(xiàn)象普遍存在，火星也不例外。當石塊被撞出來的速度大于逃逸速度時，會被拋射到太空中，其中的一部分會墜落到地球表面成為隕石。來源于火星的隕石被稱為火星隕石，而最重要的判別依據(jù)，是將這些巖石中所捕獲的氣體成分，和火星探測器所探測到的火星大氣成分進行對比。
火星 圖片來源：美國宇航局官網(wǎng)
火星隕石其實很早就被收集到，但由于沒有可供對比的火星樣品，這類隕石的來源一直無法確認，直到1982年情況才發(fā)生改變。那么第一塊火星隕石是如何確認的呢？
最早被發(fā)現(xiàn)的火星隕石名為“Chassigny”，除此之外，截至1962年，還有3塊火星隕石在全球其他地方被收集到。這類墜落被人看見并很快收集起來的隕石又稱為“降落型隕石”。長期以來，人們不確定這些隕石來自哪里，只知道它們經(jīng)歷過高溫熔融，是從巖漿中結(jié)晶形成的巖石。此外，這些隕石又和絕大部分古老的小行星隕石不同，它們都很年輕，甚至比大多數(shù)月球巖石還年輕。這些證據(jù)似乎都將隕石的來源指向了火星。
科學家將這些未知的巖石劃分為不同的巖石類型，統(tǒng)稱為SNC族隕石（SNC為三塊典型樣品名字的英文首字母，S：Shergotty，N：Nakhla，C：Chassigny）。但讓大家困惑的是，如果它們是來自火星的隕石，那為什么會沒有月球隕石呢？畢竟，從月球表面撞出一塊巖石并落到地球上，無論怎樣都比火星要容易得多。因為月球幾乎沒有大氣，引力很小，逃逸速度只有每秒2.5公里，也就是說，月球表面被撞出來的巖石，其速度只要達到每秒2.5公里，就能夠逃離月球。而火星則不同，火星有大氣，引力比月球大，逃逸速度至少要每秒5公里。
這一困惑在1982年得以解開，這一年，美國南極科考隊在南極發(fā)現(xiàn)了一塊特殊的隕石，通過將其與1961—1972年實施的阿波羅計劃從月球表面采集并帶回381.7kg的月巖樣品進行對比發(fā)現(xiàn)，這塊隕石就是來自月球的。月球隕石的發(fā)現(xiàn)，解決了科學家們多年的困惑，也為火星隕石的確定提供了靈感和信心。
第一塊被發(fā)現(xiàn)的火星隕石Chassigny 圖片來源：國際隕石命名數(shù)據(jù)庫
第一塊被確認的火星隕石EETA79001，圖中顯示的是被鋸子切開的截面，上面的黑色斑點就是熔融玻璃。 圖片來源：美國宇航局官網(wǎng)
雖然沒有火星的巖石樣本可供對比，但1976年美國的“海盜1號”和“海盜2號”成功著陸火星，讓我們有了火星大氣成分的數(shù)據(jù)。因此，如果火星隕石在離開火星時捕獲了一些火星大氣，就可以同“海盜號”的分析結(jié)果進行對比。
1979年，美國南極隕石科考隊在南極發(fā)現(xiàn)了一塊較大的SCN族隕石，并將其命名為EETA79001?？茖W家將這塊隕石切開（如上圖），可以清楚地看到切割面上有許多黑色區(qū)域。把它們放在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)它們實際上是玻璃。這些玻璃是小行星撞擊火星表面時，高溫熔融后快速冷卻形成的，又稱“熔融玻璃”。
這與地球上的玻璃隕石很相似，后者是小行星撞擊地表，高溫將地表巖石熔融成了玻璃，玻璃隕石中有很多氣泡，包裹著地球的大氣。同理，火星隕石中的這些玻璃中也有氣泡，但包裹的是當時的火星大氣。這樣一來，科學家就可以通過分析SNC族隕石中的氣體成分，對比其與火星大氣的異同來確認它們是否來自火星。通過對EETA79001玻璃中氣體的組分進行分析，得到了令人興奮的結(jié)果，它們真的與“海盜號”飛船所分析的火星大氣成分完全一樣，從而確確實實地證明，這塊隕石的確來自火星。
“海盜號”所探測到的火星大氣組成與EETA79001隕石中的玻璃所捕獲氣體的Log對比圖。二者落在一條直線上，說明它們的組成相同。 圖片來源：參考文獻1
有了這個結(jié)果，同類型其他隕石的火星來源也就比較容易確認。除了可以通過做類似分析來證明捕獲有火星大氣之外，還可以通過化學組成、同位素組成、礦物組成和巖石結(jié)構(gòu)等證明它們是一家人。特別是氧的同位素組成，有著類似于“指紋”一樣的唯一性。不同類型的巖石，只要它們來自同一個天體，它們的氧同位素組成完全相同，而不同天體之間的氧同位素組成有顯著的差異，因此可以用該方法來證明它們是相同的來源。近年來，通過將火星車探測的火星表面巖石的數(shù)據(jù)和火星隕石的作對比，也能確定火星隕石的來源。
奇特的火星隕石ALH84001
在人類的探測器去火星采樣返回以前，火星隕石都將是我們唯一所擁有的火星巖石樣品。在目前已收集到的近300塊火星隕石中，絕大部分發(fā)現(xiàn)于沙漠和南極，都是掉到地球上過了很久以后才被發(fā)現(xiàn)的，即所謂的“發(fā)現(xiàn)型隕石”，其中有一塊赫赫有名。它就是1984年在南極阿侖山地區(qū)發(fā)現(xiàn)的火星隕石ALH84001。
遵循國際通用的隕石命名規(guī)則，ALH84001是以它的發(fā)現(xiàn)地來命名。ALH是阿侖山的英文AllanHills的縮寫，數(shù)字84代表是1984年被發(fā)現(xiàn)的，001一般指當年發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石。這塊隕石雖然不是第一塊被發(fā)現(xiàn)的火星隕石，但卻是名氣最大的，連美國總統(tǒng)克林頓都對他稱贊有加。那么它是如何從一塊默默無聞的石頭，變成一名“網(wǎng)紅”的呢？
ALH84001火星隕石 圖片來源：美國宇航局官網(wǎng)
這還要感謝現(xiàn)代分析技術(shù)的飛速發(fā)展，各種高精尖的分析儀器，讓科學家們練就了十八般武藝，可以從里到外來個“底朝天”式的研究。通過研究，科學家們還原了它的成長歷程。
ALH84001的年齡約44（±1）億年，是最古老的火星隕石。雖然近年來有新的研究數(shù)據(jù)顯示，該隕石可能沒有那么老，但其年齡仍然有41（±1）億年。大約一千五百萬年前，有一個小天體撞擊了火星，火星上的該區(qū)域已不是第一次被撞，但此次撞擊力度十分巨大，直接使濺射出的巖石的速度超過了火星的逃逸速度。這塊巖石和其它被撞出來的大量碎塊一起，開始了在太空中1500多萬年的漫長旅途。終于，大約在1.3萬年前，這個碎塊穿過地球大氣層，墜落在南極阿侖山地區(qū)的冰蓋上，成為一塊隕石。它在那里孤獨地躺了很久，直到1984年被美國的南極科考隊找到。
而這塊隕石之所以名聲在外，是因為它可能攜帶了火星遠古生命的化石。
什么？火星有生命？是的，火星早期可能有生命。為什么會有這樣的結(jié)論呢？原來，科學家們在對該隕石的分析中，發(fā)現(xiàn)了一些蠕蟲狀的管狀結(jié)構(gòu)，這和地球上的磁細菌尤其相似。磁細菌是一類很神奇的細菌，它們會對磁場有反應，在外磁場的作用下能作定向運動，它們的體內(nèi)具有納米磁性顆粒排列的鏈條，這種磁細菌主要分布于土壤、湖泊和海洋中。這種蠕蟲狀管狀結(jié)構(gòu)被認為是火星曾經(jīng)存在生命的重要證據(jù)。這一重大發(fā)現(xiàn)讓這塊普通的石頭瞬間成為網(wǎng)紅，占據(jù)了新聞媒體的頭條。
電子顯微鏡下ALH84001火星隕石的蠕蟲狀管狀結(jié)構(gòu)。 圖片來源：參考文獻2
透射電鏡下觀察到的磁細菌（a）和典型的磁小體鏈（b） 圖片來源：參考文獻3
但很快這一結(jié)論就受到廣泛質(zhì)疑。有的科學家認為，沒有足夠的證據(jù)證明這種類似細菌形態(tài)的管狀結(jié)構(gòu)是細菌化石，它也可能是由火星地質(zhì)過程形成，只是看起來像細菌而已。除此之外，有科學家還在該隕石中發(fā)現(xiàn)了有機質(zhì)，但更多的科學家認為，那只是樣品受到了地球物質(zhì)的污染，畢竟它在地球上待了那么久。就這樣，一些和生命相關(guān)的證據(jù)都被否認了。
我們的征途是星辰大海
雖然遠古化石的證據(jù)存在爭議，卻給通過火星隕石來尋找生命遺跡翻開了新的一頁。此后，在其它一些火星隕石中，也發(fā)現(xiàn)了各種“生物存在的痕跡”。有的火星隕石中還發(fā)現(xiàn)了2億年前地下水活動的證據(jù)（S. Huetal. ，2014），這說明盡管自30億年甚至更早以來，火星表面就已變成了像現(xiàn)在這樣極度寒冷和干旱的模樣，但在地下仍可能存在液態(tài)水，而水是生命存在的重要條件。
此外，2013年在一塊名為Tissint的火星隕石中，還發(fā)現(xiàn)了可能是生物成因的碳，這些有機碳的氫同位素很重，即含有很多由一個質(zhì)子和一個中子組成的氘，這是火星物質(zhì)區(qū)別于地球物質(zhì)的重要證據(jù)。同年，“好奇號”火星車在火星的巖石樣品里也探測到了有機碳，這也間接驗證了該隕石中有機碳的發(fā)現(xiàn)。
提森特（Tissint）火星隕石，2011年7月降落在摩洛哥的沙漠中。上圖顯示的是該火星隕石的一部分，表面有殘留的隕石熔殼。下圖顯示了在該隕石裂隙中發(fā)現(xiàn)的有機碳。 圖片來源：參考文獻5
這些結(jié)果不斷地鼓舞著大家，而一項最新的研究結(jié)果，似乎又讓這塊曾經(jīng)的網(wǎng)紅ALH84001重新回到公眾的視線中。2020年，有科學家在該隕石中發(fā)現(xiàn)了含氮的有機分子。而氮是地球生命的基本元素，過去由于分析技術(shù)的限制，并沒有對該隕石中的氮進行檢測。此次分析尤其注意避免可能的污染，所以是從該隕石的內(nèi)部提取的顆粒樣品，經(jīng)過去污染處理后，再對樣品進行分析。含氮有機分子的發(fā)現(xiàn)表明，早期的火星，或許更像現(xiàn)在的地球。這似乎預示著我們離答案又近了一步。
火星隕石ALH84001顯示了發(fā)現(xiàn)含氮有機物的橙色碳酸鹽顆粒。 圖片來源：參考文獻6
人類花費大量的人力物力，終于有方法確認這些天外來客的歸屬之地，并對它們進行了大量的研究，而這，只是我們探索浩瀚宇宙的一小步。隨著今年我國的首次火星任務“天問一號”、美國火星2020任務，以及阿聯(lián)酋火星任務的實施，期待后續(xù)的火星生命探索中有更多新的發(fā)現(xiàn)。
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