碳粒隕石之謎

在撞擊地球之前，穿越太空的巖石往往依據(jù)其大小和成分，被稱為小行星、流星體或彗星。一旦它們的某個碎片穿越大氣層并抵達地面，就被稱為隕星。

科學家對早期太陽系的許多認知都來自隕星——這些穿越了太空的古老巖石，在經(jīng)歷了地球大氣層的高溫沖擊后幸存下來。其中，碳粒隕星是最為原始的一類，它們富含水、碳和有機物。

過去的理論模型預測，落在地球上的隕星中，應有一半以上都屬于碳粒隕星。但在實際統(tǒng)計中，這類隕星只占不到4%。為何存在如此大的偏差？這些“失蹤”的碳粒隕星都去哪了？

在一項新發(fā)表于《自然·天文》雜志的研究中，一個研究團隊試圖解答這個長期未解的謎題。他們分析了來自19個全球觀測網(wǎng)絡的7982次流星體撞擊和540次可能的隕星墜落事件，發(fā)現(xiàn)那些最有可能以隕星形式抵達地球表面的天體，在靠近太陽時經(jīng)歷巨大的熱應力，使得原本脆弱的碳質(zhì)物質(zhì)在抵達地球前就已經(jīng)瓦解；而進入大氣層的殘余，也會有大約一半被大氣帶走，僅剩下極少數(shù)能成功留下。

深空采樣

在地球表面的隕星常常會受到雨水、風化與生物作用的影響，從而改變其原始成分。這些改變都不利于分析，因此，科學家迫切希望能直接從太空獲取未受污染的樣本。

科學家們的愿望，推動了近年的深空采樣任務。例如，OSIRIS-REx任務和隼鳥2號，就分別從小行星貝努（Bennu）和另一顆同樣富含水分的碳質(zhì)小行星龍宮（Ryugu）中，成功帶回了原始的樣本。

小行星貝努。（圖/NASA）

這些任務使研究者得以近距離分析小行星表面的這些原始的、脆弱的物質(zhì)，為理解太陽系的形成和生命起源提供了重要窗口。

用大氣層做“探測器”

大多數(shù)隕星最初都源自小行星間的碰撞，這些撞擊事件產(chǎn)生了大量尺寸從幾厘米到數(shù)米不等的碎片。它們在太陽系中游蕩，有時會被地球捕獲。若直徑小于一米，這些碎片即被稱為流星體。由于流星體體積小，它們通常難以被望遠鏡發(fā)現(xiàn)，除非它們恰巧在撞擊地球前被捕捉到。

近年來，依靠數(shù)字成像設(shè)備和自動識別系統(tǒng)，全天候、低成本的觀測網(wǎng)絡逐漸普及。這些系統(tǒng)可捕捉夜空中的閃光，記錄流星體進入大氣層的時刻。

在新的研究中，研究人員采用了另一種方法來進行觀測——他們將地球大氣層本身，視為一個天然的“探測器”。

安裝在法國日中峰天文臺的FRIPON相機（上）。位于南澳大利亞的沙漠火球網(wǎng)絡自動遠程觀測站（下）。（圖/FRIPON&The Desert Fireball Network）

他們運用了兩個主要網(wǎng)絡系統(tǒng)：一個是覆蓋15國的FRIPON網(wǎng)絡，另一個是澳大利亞團隊發(fā)起的“全球火球天文臺”。通過分析來自39個國家19個網(wǎng)絡的觀測數(shù)據(jù)，研究人員分析出哪些小行星能產(chǎn)生足夠堅固的碎片，能夠穿越大氣，最終以隕星的形式降落到地球。

這張圖像覆蓋了2016年至2020年間拍攝到的100多張火球照片。條紋是火球；這些點代表恒星在不同時間的位置。（圖/Desert Fireball Network）

真正的“過濾”發(fā)生在太空

研究結(jié)果出乎意料：許多碳質(zhì)物質(zhì)在進入大氣層之前就已在太空中解體。

當碳粒隕星的軌道靠近太陽，再遠離太陽時，會經(jīng)歷劇烈的溫度變化，進而在其內(nèi)部形成裂縫。這一過程會有效地破碎并移除地球附近的天體群中那些脆弱的、富含水的大塊物質(zhì)。而在經(jīng)歷了這種“熱裂解”后幸存下來的碎片，還必須通過大氣層的“考驗”。最終，只有約30%-50%能的參與碎片能成功穿越大氣層，成為真正的隕星。

相比之下，那些軌道靠近太陽、并能在高溫下保持完整的天體更容易穿越地球大氣層。研究人員將這種現(xiàn)象稱為“幸存者偏差”。

幾十年來，科學家一直認為是地球大氣“篩掉”了碳粒隕星，而這項研究表明，真正的篩選過程很可能發(fā)生在太空中——在碎片進入大氣層之前。

展望未來：追蹤火球的新方法

未來，隨著技術(shù)進步，科學家有望更準確地識別即將撞擊地球的流星體的成分。提高望遠鏡的追蹤能力、加強流星體在大氣中的解體建模，或許能幫助我們追蹤那些不易留下痕跡的碳質(zhì)火球。此外，還有一種可能的技術(shù)路徑：通過分析流星體發(fā)出的顏色來反推其物質(zhì)成分。

#參考來源：

https://theconversation.com/why-the-meteorites-that-hit-earth-have-less-water-than-the-asteroid-bits-brought-back-by-space-probes-a-planetary-scientist-explains-new-research-252456

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02526-6

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02527-5

#圖片來源：

封面圖&首圖：Desert Fireball Network