又冷又艰苦 但科学家就是爱在南极追踪陨石踪迹

2018-02-08 00:02:40 来源: 网易科学人
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当一块陨石落在南极洲之前,它已经穿越了超过160万公里的太空。在被像洛夫这样的科学家发现后,它就会开始一段新的旅程。这些岩石最终到达华盛顿特区,被送到史密森学会的陨石图书馆,那里收集有来自世界各地的陨石碎片。它们被借给许多科学家,以便用它们寻找地球起源的线索,甚至外星生命存在的迹象。

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每年1月份,南极洲的横贯南极山脉(Transantarctic Mountains)都处于夏季,天气晴朗,这个广袤空旷的地方温度只有零下18摄氏度。往年,地质学家斯坦利·洛夫(Stanley Love)都在美国德克萨斯州的休斯顿工作。现在,他和其他六名科学家正骑着雪地摩托穿越耀眼的白冰。他们满载着帐篷、火炉、睡袋和食物。在接下来的六个星期里,这个团队将在地球上最寒冷、最充满敌意的大陆上露营。条件极度恶劣,但这是他们完成寻找陨石任务的唯一途径。

又冷又艰苦 但科学家就是爱在南极追踪陨石踪迹

图1:每年,来自“南极洲寻找陨石”(ANSMET)项目的科学家们都要在南极洲的冰原上露营几个星期。他们使用雪地摩托旅行,寻找并带回陨石。这是个刚刚取得成功的团队。

陨石是来自太空的岩石,并坠落在地球上。它们着陆之前被称为流星,着陆后则被称作陨石。到达地球后,它们可以为我们提供许多无法从地球岩石中学到的东西。许多陨石的年代都很古老,它们来自我们太阳系的早期,大约46亿年前,比地球岩石古老得多。此外,陨石也可以携带有关它们来源的线索,可能是月球或火星,这也难怪科学家们都在寻找它们。

每年,有许多流星进入地球大气层,大多数都在落地前烧毁。尽管如此,还是有许多陨石到达了地球表面,每年有多达84000颗比大理石还大的陨石坠落。乍听起来,似乎落在地球上的陨石很多,但大多数几乎是不可能找到的。

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图2:地质学家斯坦利·洛夫(Stanley Love)发现的陨石

它们可能被植物的叶子隐藏着,或者与地球岩石混合起来,也可能沉入了深水中。但是在广袤的南极洲大陆上,发现陨石就像在黑色中辨别出白色那样容易。这就是为什么像洛夫这样的科学家团队几十年来始终在南极的极端环境去寻找它们的原因。名为“南极洲寻找陨石”(ANSMET)的研究团队协调了这些探险活动。

当一块陨石落在南极洲之前,它已经穿越了超过160万公里的太空。在被像洛夫这样的科学家发现后,它就会开始一段新的旅程。这些岩石最终到达华盛顿特区,被送到史密森学会的陨石图书馆,那里收集有来自世界各地的陨石碎片。它们被借给许多科学家,以便用它们寻找地球起源的线索,甚至外星生命存在的迹象。

在冰上,洛夫和他的同事发现了一个黑点。就像猎人们一样,雪地摩托上的骑手们调整了方向。这块石头大约与高尔夫球大小相当,它是一块陨石吗?很有可能。毕竟,除了天空之外,这里还有什么地方会有石头呢?不过,科学家们仍在寻找确凿的线索。岩石呈现黑色,且质地细密。它有熔融外壳,即通过地球大气层时因温度过高而熔融的涂层。

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图3:洛夫团队2004年在南极洲发现的陨石RBT 04262

这的确是块陨石。随着太空岩石的出现,科学家们又开始变焦了。在雪地上高速行驶时,他们扫描广阔的白色区域。洛夫和他的团队前往下一个位置。与此同时,其他ANSMET战队也获得了许多陨石。他们给小块岩石标上RBT 04262的标签。RBT代表着这块陨石被发现的地名——罗伯茨·马西夫(Roberts Massif),那里位于南极洲的横贯南极山脉(Transantarctic Mountains)。04代表它是于2004年被发现的,而262则代表陨石是当时被收集的第262块陨石。

在平均六周的野外搜寻活动中,ANSMET团队将可以收集550块陨石,这比地球上任何其他地方都要多。洛夫说:“南极洲不仅更容易找到陨石,冰的流动实际上可以让这些岩石聚集起来。”他解释说,冰正在慢慢移动,水流可以将陨石聚集在某些特定地方,例如在那些冰被带到地表的地方。更重要的是,南极洲干燥的冰冻环境使它们得以保存下来。此外,持续的风冲刷着冰,这可能会让数十万年前着陆的陨石暴露出来。

除了是个地质学家,洛夫成为南极洲陨石猎人还有另一个巨大优势。他是美国宇航局(NASA)的宇航员,曾在NASA接受过应对太空紧张条件的训练。2008年时,洛夫花了12天时间前往国际空间站执行任务。这种与世隔绝的经历与在遥远的冰原上露营有着惊人的相似之处,这也是隔离。

无论你身在何处,与小群体生活在广袤的地域都是一种挑战。而无论是在太空还是在南极冰原上,即使是每天的例行公事也会变得异常艰难。例如,洛夫指出:“坚持洗澡都非常难。”

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图4:美国宇航局宇航员斯坦利·洛夫(Stanley Love)正在南极洲寻找陨石

洛夫补充说,要想参加这样的旅行,无论是在南极洲还是在太空,你都需要保持好平衡,而且不能轻易被压力压垮。他指出:“琐碎小事都会开始困扰你。”而且,除了洗澡困难外,在南极洲露营和在太空探险还有其他相似之处。事实上,宇航员在进入太空之前经常去南极洲接受训练。

回到冰面上,陨石狩猎结束了。搜寻小组乘飞机返回麦克默多站(McMurdo Station),这是美国位于南极洲罗斯岛尖端的研究中心。在那里,科学家们准备将陨石运回华盛顿。每块石头都被放在单独的袋子里,然而被冷冻起来以防止地球上的污染物。这些陨石在被冻结的情况下,被迅速送往位于德克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心。

在那里,美国宇航局的地质学家对每块太空岩石进行分类、称重和拍照。与此同时,洛夫和其他团队成员终于可以洗个热水澡,并安心回家了。他们不知道他们找到的陨石里蕴藏着什么样的秘密,然而他们知道这是值得的。洛夫说:“得到这些样本很麻烦,但它们可以告诉我们生命源自哪里。”

从约翰逊航天中心,陨石再被运往世界上最大的陨石库之一,它位于马里兰州史密森学会的博物馆支持中心,地质学家卡里·克里根(Cari Corrigan)自2008年以来始终在整理、储存和追踪陨石。克里根每天的生活都围绕着装满陨石碎片的橱柜组成,这里大约有17000块陨石。

这些硬币大小的陨石碎片被放置在薄玻璃片或塑料瓶中。它们被安置在特别“干净”的房间里,橱柜中使用氮气加压。这样可以保持陨石的干燥和安全,避免生锈(由于与氧气反应)或被污染,如灰尘或有机物(如皮肤)。事实上,为了防止污染,克里根和她的同事们都穿着防护装备。

克里根曾接触过许多陨石,地质学家甚至以她的名字为太空岩石命名。它被称为9924 Corrigan,目前正在太阳系周围呼啸而过。也许有一天,它也会在南极洲着陆。

克里根解释说,大部分陨石都是从小行星上剥离的碎片,其中许多来自小行星带。这是个位于火星和木星轨道之间的太空岩石区域,那里充满了在太阳系初期形成的富含铁元素的岩石。但它们从未成为更大行星体的一部分。有些陨石来自其他天体,特别是月球或火星。在这些情况下,因巨大撞击而被抛入太空的岩石碎片就变成了陨石。

为了确定陨石来自哪里,科学家们研究了岩石中的同位素。所谓的同位素就是指相同元素,只是它们在细胞核中有不同数量的中子。例如,氧可以有16、17或18个中子。来自不同地方的陨石(例如火星或月球)有它们自己独特的氧同位素比例。这个比例可以告诉科学家,这些太空岩石来自哪里。

在南极洲,大约85%的陨石是一种普通球粒陨石(KON-drytes),它们来自小行星带。它们很有趣,因为可以为我们太阳系的诞生提供线索。但真正让科学家感到兴奋的是其他15%的陨石,它们含有更多不同寻常的成分。在这些陨石中,最有趣的是那些来自火星或月球的极少数运输,它们的数量还不到1/10000。

克里根的另一个任务是分析陨石,以确定任何不寻常的特征。如果遇到不同寻常之处,地质学家就会更仔细地研究它。在这些案例中,克里根或者约翰逊空间中心的其他地质学家就会创造薄片,可以在实验室里对陨石进行分析。

RBT 04262就是一块非常罕见的陨石。2007年,约翰逊航天中心的地质学家宣布,它的组成和氧同位素比率显示,这块岩石肯定来自火星。他们估计其已经有2.25亿年历史。科学家们还研究了岩石暴露在宇宙射线中的同位素,数据表明,这颗陨石是在大约70万年前坠入南极洲的。

作为一名陨石图书管的管理员,克里根还负责在科学家们需要的时候将陨石碎片清理出来。当关于不同寻常的陨石消息传出后,这些请求就会汹涌而来。

2011年,丹尼·格拉文(Danny Glavin)正在粉碎一块陨石。格拉文在马里兰州的美国宇航局戈达德太空飞行中心工作,他和同事正在研究克里根收集的陨石碎片,包括RBT 04262的碎片。格拉文表示:“我们正在寻找构建生命的化学成分。”

作为一名天体生物学家,格拉文寻找地球以外生物活动的任何线索。他对被称为氨基酸的有机化合物特别感兴趣。这些氨基酸是蛋白质的组成部分,对地球上的生命至关重要。在地外天体中发现氨基酸可以表明,至少有些生命成分存在于地球之外。

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图5:在美国宇航局的天体生物学分析实验室,格拉文正用液相色谱质谱仪进行分析,检测在南极洲收集的火星陨石中的氨基酸

当格拉文听说RBT 04262来自火星的时候,他迫不及待地想弄到一块碎片。最后,他在2011年得到了一块花生大小的芯片。在实验室里,他和同事处理了样本,就像他们分析每块陨石那样。首先,研究人员在无菌环境下将其粉碎,这个过程甚至不能有人打喷嚏。接下来,他们在无菌水中煮碎岩石,制成他们所谓的陨石茶。最后,他们用质谱仪分析它,这种仪器可以识别出哪些化学元素存在。

果然,RBT 04262中含有氨基酸。格拉文回忆说:“有四个成分脱颖而出,这显得极不寻常。”其中三种物质的性质不存在于地球上的氨基酸中。他说:“这是非常有力的证据,证明我们正在研究的地外氨基酸,我们认为这些氨基酸来自火星。”

但是格拉文和他的团队想要最终确定,他说:“通常,氨基酸来自于南极洲的污染。”南极洲可能看起来缺乏生命,但实际上那里有很多生物,包括可以将氨基酸转移到太空岩石的成分。如果这些氨基酸来自地球,那么陨石就会是格拉文戏称的“流星”。他说:“我们要求另一块岩石,希望能找到同样的东西。我们几乎不敢相信,我当时有点儿激动和害怕。”

到2012年,格拉文和同事们已经可以确信他们的发现,并将它们发表在《陨星学与行星科学》杂志上。格拉文强调,他们实际上并没有在火星上找到生命的直接证据。但是,在寻找外星生命的过程中,他们发现了一些非常重要的东西。他们现在知道,有一种方法可以在地球以外的地方创造生命基石。

格拉文注意到,目前的证据表明,火星直到35亿年前依然适宜居住。而RBT 04262仅有2亿多岁,它太年轻,无法提供遥远的线索。他说:“我很想找到年代更久远的岩石,那将是我的梦想。谁知道呢,也许它现在就在南极洲,等着被收集呢!”(小小)

郭浩 本文来源:网易科学人 责任编辑:郭浩_NT5629
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