虽然我们已经知道大多数陨石的前身是小行星,但是要具体验明哪颗陨石来自哪颗小行星却比想象中难得多。航天器近距离拍摄到的小行星屈指可数,而且目前手头上只有一份小行星物质样本,即日本“隼鸟号”探测器从“丝川”(Itokawa)小行星上采集到的一小组尘埃粒子。
2008年10月,天文学家幸运地提前观测到一颗很小的小行星将在大约20个小时后撞向地球,它后来的编号为2008 TC3。这个直径只有4米的天外来客如一颗明亮的火球掠过苏丹的天空,最后在苏丹东北部的努比亚沙漠炸裂,科学家后来在此收集到了280多个陨石碎片。这些碎片表明,小行星2008 TC3的母体是一颗由不同天体岩石构成的罕见的小行星。2008 TC3是目前已探明的第一颗坠落后成为陨石的小行星。
确定其他陨石来源的一个方法就是在实验室测量它们的光谱,把它们与望远镜观察到的不同小行星反射出的光的光谱进行比较。有一种情况比较容易。目前已找到的HED陨石(为三种无球粒陨石的总称,即古铜钙长无球粒陨石、钙长辉长无球粒陨石和奥长古铜无球粒陨石)有1000多块,它们具有非常独特的光谱特征,与灶神星的光谱基本一致,灶神星是小行星带内部最大的小行星。天文学家还发现灶神星附近的一个小型小行星团的光谱也与灶神星的相似,看起来是很久以前灶神星的某次撞击后产生的碎片。这些碎片位于一个共振位附近,因此它们很有可能是HED陨石的直接母体,而灶神星则是它们的祖父母。
除了上面的成功例子外,寻找其他陨石母体却异常艰难。因为许多陨石的光谱与任何已知小行星都不匹配,而大多数小行星的光谱也与已发现的陨石不匹配。还好,现在我们终于找到了原因。太空的环境非常苛刻,没有大气层的小行星和其他天体会不断遭到宇宙射线、太阳风携带的粒子以及小陨星的攻击。小行星的最外层因受到持续的攻击而发生改变,它们的化学键发生断裂,金属原子逃逸出来并随后与周围岩石表面的物质结合。从“丝川”小行星上采集的尘埃粒子含有大量金属铁和铁的硫化物微粒,这些微粒改变了颗粒的外观。天文学家将这种效应称为太空风化。
太空风化会让小行星的颜色看起来更红并毁掉其光谱中的特征。陨星是小行星解体后的碎片,它们的表面受到太空风化作用的时间则不长。因此陨星看起来比小行星“新鲜”。同样的原理,地球岩石的外观随着时间和风化的作用也会改变,尽管它们的风化过程不同。地质学家分辨岩石时,通常会研究最近才刚刚暴露在外的那面,或者将岩石切开研究它原始的内部。但切割陨石并不是一个了解它们成分的实用途径。相反,科学家多选择不切割,而是在实验室人工风化这些陨石。这样一来,将陨石和小行星进行匹配就变得容易多了,而且还可以推测具体某块陨石来自哪一类小行星。
普通球粒陨石来自明亮的S型小行星,小行星带内部的很多小行星都是这种类型的。“丝川”小行星以及航天器造访过的几个小行星都属于这一类型,它们在最靠近太阳的小行星带内部普遍存在,这就可以解释为什么多数陨石都是普通球粒陨石。(www.xing528.com)
而碳质球粒陨石则应该来自较为暗淡的C型小行星,它们分布在小行星带的中部和外部,它们的光谱显示,大多数这一类型的小行星都含有黏土状的含水矿物。奇怪的是,这类小行星似乎比较普遍,但碳质球粒陨石却非常罕见。然而,这类陨石比较易碎,这说明了当它们进入地球大气层时许多陨石发生破碎,因此它们的碎片无法到达地球地面。微陨石是所有陨石中最小的一种,它们往下穿过大气层的速度比较缓慢,因此哪怕是比较脆弱的天体,也能够保存下来。大多数微陨石看起来和碳质球粒陨石很像,而不像普通球粒陨石。
铁陨石则来自M型小行星,这类小行星相对比较罕见,而且它们的光谱非常黯淡。然而,一些M型小行星表面似乎也有含水矿物。这些矿物的存在与铁陨石母体曾经受热熔化的事实似乎互相矛盾,或许M型小行星代表的不仅是一种天体,也不只是一种陨石。
表5-1 陨石基本分类
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