其他星球上是否存在陨石？| 天市垣的探索

编者按：“仰望星空 逐梦苍穹”，中科院之声与中科院紫金山天文台联合开设“天市垣”栏目，和大家一起聊聊最近天上发生的那些事儿。

两千多年前，汉代史学家司马迁在《史记·天官书》中只用寥寥数语便给出了其定义：“星坠至地，则石也。”意为来自外太空的岩石，经由地球大气层摩擦燃烧后坠落地表时剩余的碎片。

根据国际陨石公告，目前地球上收集到的陨石有七万多颗，其中99.8%来自火星和木星之间的小行星带，只有0.2%来自月球和火星。地球具有一个较厚的大气层，能将大部分进入的陨石气化，而且地表强烈的风化作用也能将其分解。尽管如此，地球上尚能发现如此之多的陨石，那么其他岩石星球上是否也有陨石发现呢？

内太阳系的四颗岩石行星中，水星离太阳过近，金星具有过于浓厚的大气层，这两颗行星上暂时未见陨石报道。岩石天体月球，其表面密密麻麻的撞击坑是四十多亿年以来小行星或彗星不断撞击形成的，尽管撞击高能导致大部分物质气化，但是相比地球，月球表面近似真空的环境使其更完整地保留了行星际物质输入的证据。火星具有稀薄的大气层，离小行星带比地球更近，理应接受到了更多的小行星陨石输入。而且由于月球和火星表面干燥的环境以及缺乏板块运动，掉在表面的陨石可以保留的时间比地球更长。下面就列举一下迄今在月球和火星上发现的一些著名陨石：

主教坑陨石 (Bench Crater)：第一颗地球以外的星球上发现的陨石

主教坑陨石是1969年阿波罗12号宇航员在月球上的主教坑的西北边缘发现的（因而得名），作为阿波罗12号返回样品12037的一部分，它的直径只有几毫米，是一颗独特的碳质球粒陨石碎屑，是在地球以外的太阳系天体上发现的第一颗陨石。

主教坑陨石的光学图像(a)、背散射电子图像(b)以及元素面分布图(c和d)，该样品含有丰富的水合矿物（图片来源：文献[1]）

哈德利月溪陨石 (Hadley Rille)：第二颗地球以外的星球上发现的陨石

哈德利月溪陨石是1971年阿波罗15号任务期间在月球上邻近哈德利月溪的区域发现的。它约1-2毫米大小，在返回的15602,29 号月壤中被识别出来，是一颗顽火辉石球粒陨石，它是在地球以外的太阳系天体上发现的第二颗陨石。

哈德利月溪陨石是用耙子从月表这个地方收集的许多样本之一（图片来源：NASA）

隔热罩岩陨石 (Heat Shield Rock)：第一颗地球以外的行星上发现的陨石

隔热罩岩陨石是美国机遇号火星车于2005年1月在火星上发现的一颗篮球大小的铁陨石。机遇号完全是在偶然中发现这颗陨石的，因为就在被自己丢弃的隔热罩附近（因而得名）。这是第一颗在地球以外的行星上发现的陨石，也是在地球之外的太阳系中发现的第三颗陨石。

机遇号拍摄的隔热罩及其附近的隔热罩岩陨石（图片来源：改编自NASA）

黎巴嫩陨石 (Lebanon)：好奇号在火星上发现的第一块陨石

2014年，好奇号火星车在驶向夏普山（Mount Sharp）的途中发现一块巨大的陨石，被科学家命名为黎巴嫩（又称怪兽），宽近2米，由金属铁组成，在其附近还有一个较小的块体。该陨石发现地较平，没有留下撞击坑，可能是因为经过数百万年甚至数十亿年的侵蚀而被抹平。黎巴嫩陨石是好奇号于2012年登陆火星后发现的第一块陨石。

好奇号火星车拍摄的照片显示了巨大的铁陨石黎巴嫩和它较小的同伴（图片来源：NASA）

卵石陨石 (Egg Rock)：

2016年，好奇号火星车在夏普山发现一个高尔夫球大小的陨石。好奇号搭载的化学相机第一次发射激光脉冲对其进行成分分析，确定为一块铁陨石，好奇号科学团队因其外观将其命名为“卵石”。

陨石表面闪亮的网格状圆点是好奇号化学相机发射的激光脉冲烧蚀掉表面的熔壳后暴露内部明亮的铁镍金属（图源：改编自NASA）

可可陨石 (Cacao)：

好奇号火星车于2023年1月28日又有新发现，在夏普山的含硫酸盐区域发现一个银白色的“疙瘩”（直径约30厘米），在周围铁锈色的背景下格外醒目。经过好奇号搭载的化学相机发射的激光，确认其成分为铁镍金属，取名“可可”。

好奇号火星车拍到的陨石可可，红色圆圈是化学相机的激光分析区域（图源：改编自NASA）

第一块疑似地球陨石

在太阳系早期，由于受巨行星木星和土星轨道迁移影响，内太阳系星子之间相互碰撞十分频繁。既然月球和火星岩石能通过小行星撞击挖掘被地球捕获，那么地球岩石理应也有机会通过小行星撞击挖掘飞溅到月球和火星上。

阿波罗14号任务带回的岩石样本中有一个角砾岩块，编号14321，约 9公斤重，名为 “Big Bertha”。切开巨石，研究小组从中发现一个花岗质岩屑，其中包含两颗锆石[2]。锆石是形成时间、温度和压力的忠实记录者，是研究类地行星岩浆演化历史的极其重要的矿物。迄今地球上最古老的样品来自澳大利亚杰克山（Jack Hills）发现的锆石，是44亿年前结晶形成的。阿波罗14号样品中发现的这两颗锆石大约有41亿年的历史，形成于太阳系早期被称为晚期重轰炸（LHB）的动荡时期。

研究小组根据这两颗锆石的Ti元素含量，推测这个结晶压力对应于月表以下170公里深度，而雨海附近的撞击坑挖掘的深度只能达到30-70km。然而在地球上，这个结晶压力对应于地壳深处仅约20公里处，这个深度很容易被撞击挖掘出来，从而有可能溅射到月球表面。另外，这两颗锆石对应的结晶温度和氧逸度指示是富氧和富水的环境，这在月球上是极其罕见的，但富氧富水的环境在地壳中却很寻常，因此研究小组认为这两颗锆石是地壳环境形成的，受到小行星撞击后溅射到月球表面，代表了其他星球上发现的第一块地球陨石。

然而也有观点认为，这两颗锆石所代表的岩石样本是月球形成雨海盆地时的撞击碎片，即来自月球深部，而非来自地球。毕竟，地球具有厚的大气层，其逃逸速度（11.2 km/s）比火星（5.0 km/s）和月球（2.4 km/s）大得多，因此在火星和月球上找到地球陨石的概率应非常低。

阿波罗14号角砾岩块14321，名为“Big Bertha”（图片来源：改编自NASA和文献[2]）

首次在月球背面发现陨石

嫦娥四号探测器于2019年1月成功着陆于月球背面南极-艾肯盆地的冯·卡门（Von Kármán）撞击坑中，其搭载的玉兔二号巡视器随后对月表开展巡视探测。2021年，国家空间科学中心刘洋研究团队基于获取的具有超高空间分辨率的影像与光谱数据，首次在月表原位识别出了年龄在100万年以内的碳质球粒陨石撞击体残留物，这是国际上首次在月球背面发现陨石证据。碳质球粒陨石富含有机物和水，表明碳质小行星撞击可能至今仍在为现在的月球提供水源。

嫦娥四号的玉兔二号对“偶遇”的一个两米大小的新鲜撞击坑进行光谱探测（图片来源：改编自文献[3]）

结语

小行星撞击贯穿了月球和太阳系其他类地天体的形成与演化历史。

除了上述著名的陨石代表以外，以英国曼彻斯特大学Joy教授为代表的学者在阿波罗 11号、12号、15号、16号以及Luna 16号月壤中发现了大量的微陨石（20-300微米），不仅包括我们地球上常见的球粒陨石和铁陨石类型，还有我们地球上暂时没有发现的富铱的铁陨石类型。

在太阳系早期，撞击规模大频率高，随着时间推移，规模和频率虽然均大幅降低，但撞击依然在不断发生。统计数据表明，在2009年—2016年的7年时间里，月球表面新增加了至少222个陨石撞击坑，比研究人员预期的要多出33%，这意味着“未来在月球上执行考察任务的宇航员必要时还需要蹲下躲避太空岩石的迎头撞击”[6]。由于月球没有大气对陨石进行减速，即便是毫米级小陨石也能像子弹一样高速长驱直入，对人员和设备安全构成巨大威胁，这将是我国未来建设月球基地不得不直面的重大课题。

6. Witze A. 2016. Nature News. doi:10.1038/nature.2016.20777.

来源：中国科学院紫金山天文台

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