摘要：科学家对早期太阳系的许多认知都来自陨星——这些穿越了太空的古老岩石，在经历了地球大气层的高温冲击后幸存下来。其中，碳粒陨星是最为原始的一类，它们富含水、碳和有机物。

碳粒陨石之谜

在撞击地球之前，穿越太空的岩石往往依据其大小和成分，被称为小行星、流星体或彗星。一旦它们的某个碎片穿越大气层并抵达地面，就被称为陨星。

科学家对早期太阳系的许多认知都来自陨星——这些穿越了太空的古老岩石，在经历了地球大气层的高温冲击后幸存下来。其中，碳粒陨星是最为原始的一类，它们富含水、碳和有机物。

过去的理论模型预测，落在地球上的陨星中，应有一半以上都属于碳粒陨星。但在实际统计中，这类陨星只占不到4%。为何存在如此大的偏差？这些“失踪”的碳粒陨星都去哪了？

在一项新发表于《自然·天文》杂志的研究中，一个研究团队试图解答这个长期未解的谜题。他们分析了来自19个全球观测网络的7982次流星体撞击和540次可能的陨星坠落事件，发现那些最有可能以陨星形式抵达地球表面的天体，在靠近太阳时经历巨大的热应力，使得原本脆弱的碳质物质在抵达地球前就已经瓦解；而进入大气层的残余，也会有大约一半被大气带走，仅剩下极少数能成功留下。

深空采样

在地球表面的陨星常常会受到雨水、风化与生物作用的影响，从而改变其原始成分。这些改变都不利于分析，因此，科学家迫切希望能直接从太空获取未受污染的样本。

科学家们的愿望，推动了近年的深空采样任务。例如，OSIRIS-REx任务和隼鸟2号，就分别从小行星贝努（Bennu）和另一颗同样富含水分的碳质小行星龙宫（Ryugu）中，成功带回了原始的样本。

小行星贝努。（图/NASA）

这些任务使研究者得以近距离分析小行星表面的这些原始的、脆弱的物质，为理解太阳系的形成和生命起源提供了重要窗口。

用大气层做“探测器”

大多数陨星最初都源自小行星间的碰撞，这些撞击事件产生了大量尺寸从几厘米到数米不等的碎片。它们在太阳系中游荡，有时会被地球捕获。若直径小于一米，这些碎片即被称为流星体。由于流星体体积小，它们通常难以被望远镜发现，除非它们恰巧在撞击地球前被捕捉到。

近年来，依靠数字成像设备和自动识别系统，全天候、低成本的观测网络逐渐普及。这些系统可捕捉夜空中的闪光，记录流星体进入大气层的时刻。

在新的研究中，研究人员采用了另一种方法来进行观测——他们将地球大气层本身，视为一个天然的“探测器”。

安装在法国日中峰天文台的FRIPON相机（上）。位于南澳大利亚的沙漠火球网络自动远程观测站（下）。（图/FRIPON&The Desert Fireball Network）

他们运用了两个主要网络系统：一个是覆盖15国的FRIPON网络，另一个是澳大利亚团队发起的“全球火球天文台”。通过分析来自39个国家19个网络的观测数据，研究人员分析出哪些小行星能产生足够坚固的碎片，能够穿越大气，最终以陨星的形式降落到地球。

这张图像覆盖了2016年至2020年间拍摄到的100多张火球照片。条纹是火球；这些点代表恒星在不同时间的位置。（图/Desert Fireball Network）

真正的“过滤”发生在太空

研究结果出乎意料：许多碳质物质在进入大气层之前就已在太空中解体。

当碳粒陨星的轨道靠近太阳，再远离太阳时，会经历剧烈的温度变化，进而在其内部形成裂缝。这一过程会有效地破碎并移除地球附近的天体群中那些脆弱的、富含水的大块物质。而在经历了这种“热裂解”后幸存下来的碎片，还必须通过大气层的“考验”。最终，只有约30%-50%能的参与碎片能成功穿越大气层，成为真正的陨星。

相比之下，那些轨道靠近太阳、并能在高温下保持完整的天体更容易穿越地球大气层。研究人员将这种现象称为“幸存者偏差”。

几十年来，科学家一直认为是地球大气“筛掉”了碳粒陨星，而这项研究表明，真正的筛选过程很可能发生在太空中——在碎片进入大气层之前。

未来，随着技术进步，科学家有望更准确地识别即将撞击地球的流星体的成分。提高望远镜的追踪能力、加强流星体在大气中的解体建模，或许能帮助我们追踪那些不易留下痕迹的碳质火球。此外，还有一种可能的技术路径：通过分析流星体发出的颜色来反推其物质成分。

来源：时空探险家