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有多少宇宙尘埃落在地球上?

文章来自:面朝阳光
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发布时间:2021-07-06 11:20:22
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有多少宇宙尘埃落在地球上?

撰文| 莎拉·德鲁安

翻译| 施怿

每一天,太空垃圾和天体碎片都像雨点一样持续地落在我们的行星表面。其中很大一部分岩石和金属块都会经历最富戏剧性的过程,它们将化作一道肉眼可见的火焰撕裂大气层。但是其中只有极小一部分能够作为陨石抵达地表。事实上,大部分落在地表的天外来客都是亚毫米尺寸的尘埃粒子,被称为微小陨石,它们非常难以追踪和量化。

在一项发表于《地球与行星科学通讯》的研究中,科学家测量了南极洲大陆上累积的微小陨石。由于极地地区相对孤立,整体环境又很稳定,因此这种终年积雪的地区成了研究微小陨石的热点区域。另外,地球上其他地区的物质很难抵达这里,因此这片区域所聚集的宇宙尘埃受到地球物质污染的概率也极低。值得注意的是,宇宙尘埃会依次落入不同年份的积雪中,科学家刚好可以借此反推特定尘埃的落地时间。

虽然在南极或北极都可以开展这类研究,但是“南极是目前为止最好的研究地点,因为那里被海洋环绕——完全孤立于其他大陆,” 法国索邦大学天体化学家让·迪普拉说。

法国-意大利康科迪亚研究站位于南极洲圆顶C地区。在过去20年的3个野外季节里,杜普拉特和同事一直在这个研究站附近收集微小陨石样本。巴黎萨克莱大学的博士生朱利安·罗哈斯说,这片地区降雪很少,他们可以在一个采样点采集到横跨数十年的微小陨石沉积物,而不需要融化大量的冰层。为了避免研究站中的人类活动对样品产生影响,研究人员使用了1995年以前的雪层——这个时间比在圆顶C地区初次开展研究项目的时间还早一年。

最后,科学家分离并分析了超过2000个尘埃粒子。宇宙尘埃通常有几个典型特征——比如,粒子呈球状,或者化学同位素的比值异常。研究人员的分析表明,在抵达地球表面的宇宙尘埃中,超过60%很可能源自“木星族”彗星,也就是在这颗巨大行星引力影响下被束缚住的、轨道周期不到20年的一类彗星。另外有20%的尘埃最有可能来自火星和木星之间的小行星带。“来自彗星的尘埃比来自小行星带的尘埃更松软。”罗哈斯说,另外,来自彗星的物质中,有机物含量往往也更丰富。

行星科学家、美国航空航天局宇宙尘埃收集馆馆长马克·弗里斯表示小行星通常是结合非常紧密和坚硬的块体,无论是大块的小行星还是碎片,都会以陨石的形式抵达地球表面,而彗星的松散物质则很容易分散成宇宙尘埃。“对于来自彗星的有机质而言,其中有很大一部分以挥发分的形式被带到了地球的表面,包括水、碳以及其他的物质,它们对生命诞生之前的化学环境和生命起源本身都至关重要,”弗里斯说,“认识这些粒子的组成形式,能让我们大致了解内太阳系天体的物质组成。”

根据圆顶C地区的年降雪记录推断出的年份进行校准后,科学家将获取的宇宙尘埃丰度数据应用到全球范围,进而推测每年有4000吨到6700吨宇宙尘埃落到地球上。

美国海军研究实验室的地质学家凯特·伯吉斯对这项研究工作印象深刻,但她警告说,这样的估算结果还不能作为最终结果。“要计算全球的情况,就意味着要获取足够多的粒子数,这样才能得到足够好的统计数据,以此消除在估算过程中可能出现的各种统计误差。这当中还有很多工作需要做。”她解释道。值得注意的是,来自彗星等瞬时来源的尘埃数量还会随时间波动。尽管如此,伯吉斯还是称赞这项研究对微小陨石积累所需时间的估算比之前的一些研究更为严格。