一位艺术家描绘了一幅流星“着陆”南极洲的景象。插图：MARK A. GARLICK，MARKGARLICK.COM
撰文：NADIA DRAKE
很久以前，一颗直径为足球场长度的流星在太阳系中滑落，最终与地球相撞。流星朝着地球的南极飞驰而去，目的地是一片冰天雪地、无人居住的广阔地区：南极洲。
当时是43万年前，更新世中期。在地球的其他地方，最早一批的尼安德特人已经分散在欧洲各地，猛犸象遍布北半球，地球的冰盖越来越厚。
那颗流星与地球厚厚的大气层发生了猛烈的撞击。巨大的摩擦使流星碎裂，当四分五裂的流星坠向南极高原时，留下了一条耀眼的燃烧痕迹。当流星接近南极冰盖的时候，突然在天空中爆炸，将一股极热的气体流和蒸发的宇宙碎片喷向地面。
这类空中爆炸会造成巨大的破坏，但不会在地壳上留下陨石坑——这意味着找到它们留下的痕迹，并确定其发生的频率，只能凭借猜测。
现在，研究在南极洲发现的微粒子的科学家们发现了这一古老陨石低空爆炸的证据，并利用粒子中隐藏的化学线索重现了几十万年前发生的事情。
“我们知道流星很危险，最近的研究表明，低空爆炸比大型流星很更危险，因为更大的流星很非常罕见，” 肯特大学的行星科学家Matthias van Ginneken说，他还是发表于《科学进展》杂志上一篇介绍此次古老的流星爆炸事件的研究的主要作者。
2013年，一颗房子大小的流星在俄罗斯车里雅宾斯克镇上空爆炸，导致许多房屋的玻璃破碎，1600多人受伤。如果43万年前一座城镇被更大的南极陨石击中，那么就可能会被摧毁。其爆炸威力要比1908年将俄罗斯通古斯卡附近的森林夷为平地的流星空中爆炸强四倍，比在日本广岛爆炸的原子弹威力要强数千倍。
像车里雅宾斯克上空的爆炸以及2018年白令海上空的爆炸这样的空中爆炸经常出人意料，因为即使使用全球最好的望远镜也很难发现较小的流星。“现在我们有办法在地质记录中找到这类撞击的痕迹和残留物，这对重新评估地球的撞击历史很重要，” van Ginneken说。
冰冻的侦探
2018年2月，van Ginneken前往南极（对他来说是一次梦想之旅）寻找宇宙碎片。在读博士期间，他曾研究过从南极其他地点采集的微颗粒，但他还没有亲眼见过这片冰冻的大陆。当他跟随比利时南极陨石探险队到达南极的时候，正值野外考察季节的尾声，他们只有两周的时间在地面上搜寻微小的外星碎片。
研究小组调查了24个地点，其中一个充满了宝藏。这片地区位于Sør Rondane山脉，与南极高原接壤，是一片遍布贫瘠岩石的高海拔平坦地区。80多万年前，这个山顶遗址被冰川“清扫”干净，将宇宙碎片完好地保存了下来。
“在南极洲，不会有太多别的东西掉落到山顶上——那里非常干净，没有人类活动，没有植被，” van Ginneken说。“因此，所有从太空坠落的物质都保存了很长时间。”
他和同事们从山顶上收集了超过5.4千克沉积物，然后带回了实验室。最终，他们选择了17个小球体进行仔细研究，也就是陨石在撞击过程中熔化后形成的微小圆颗粒。van Ginneken说，他立刻就能分辨出这些黑色颗粒来源于地外世界，而且似乎有点不太对劲：和大多数微陨石都是单一球体不同的是，有些颗粒粘连在一起。
图为南极洲Sør Rondane山脉撞击事件中产生的粒子的显微图像。摄影：SCOTT PETERSON，MICRO-METEORITES.COM
当他和研究团队队小球体的氧成分进行分析后，发现这些颗粒的氧同位素比例与已知的小行星不一致。这些比例表明，这些小球体是在与南极冰层直接接触时形成的，这在空中爆炸中很不常见。
这些小球体与van Ginneken之前研究过的外星尘埃非常相似，也就是深埋于广阔的冰芯中的颗粒，冰芯采集于附近的日本富士冰穹站和南极大陆另一侧的法国-意大利南极科考站。这些颗粒距今大约43万年，科学家们可以根据它们在冰芯（地表下2.4公里处的冰）中的位置计算出其年代。
由于样本存在相似之处，研究小组推断这些颗粒都形成于同一事件。考虑到南极洲没有陨石坑，再加上小球体散落在南极大陆各地，他们怀疑在遥远的过去曾发生过类似于车里雅宾斯克的大型空中爆炸事件。
化学线索
不过，把这些小球体的故事拼凑在一起并不容易，部分原因是怪异的氧同位素。通常情况下，陨石在空中爆炸中熔化后形成的小球体在重新凝固并坠落到地球之前，不会与地球表面发生作用。因此，行星科学研究所的Natalia Artemieva使用计算机模拟测试是否曾发生过更复杂的空中爆炸。
“我们已经知道这类事件会发生，我们只是需要一个稍微大一些的天体，使爆炸后形成的物质能够到达地表（但也不能太大，导致形成陨石坑——只要能‘亲吻’冰层就行），” Artemieva在一封电子邮件中写道。“经过几次尝试，我们发现了一种可能的情况。”
在南极撞击模型中，来自爆炸流星的汽化碎片通过极热的气体羽流射向地面，就像行星间海啸一样冲击着地球表面。这一撞击事件既有点像车里雅宾斯克式的空中爆炸（不产生向下的羽流），也类似正常的会形成陨石坑的撞击。
研究团队称其为“着陆”撞击，与新墨西哥大学的物理学者Mark Boslough模拟的其他爆炸事件非常相似。Boslough怀疑其中的一个事件是散布于撒哈拉东部的3000万年前的神秘玻璃的形成原因——光滑的、类似于海玻璃的黄色碎片，一直令科学家们感到困惑，因为它们存在于沙漠之中，难以解释。
Boslough说，新研究中的模拟方法很可靠，史前南极洲上空发生“着陆”式的爆炸并不令人惊讶。“着陆”爆炸可以带来致命的一击，清除掉下方的一切。地球附近存在大量大小适中的太空岩石（直径90-150米之间），可以产生着陆撞击，因此了解这些与地球猛烈碰撞的撞击事件发生的频率非常重要。
“当你想到这一点时，你会觉得非常可怕，” van Ginneken说。不过，新研究可以提供一种方法来探测地质记录中的其他着陆式撞击事件，使科学家们能更好地了解这些事件对地球构成的威胁。
考虑其他可能性
维也纳大学的Christian Koeberl认为研究小组的解释是合理的，但他有点怀疑。他说，问题在于确定小球体的年代，这一点极其困难。尽管研究小组发现了其与其他地点的宇宙尘埃的相似之处，但这并不是确定的关系——van Ginneken对此表示认可。
“这不一定是他们的错误，就是很难做到，”Koeberl说。“这是一个普遍性问题。”
相反，Koeberl说，这些小球体有可能与发现其存在的干净地表一样古老——更古老的撞击事件留下的遗迹。如果是这样的话，没有陨石坑也就不足为奇了：一个小型撞击坑可能早已被移动的冰盖消除。
Koeberl说，如果这类撞击事件很常见，那么在地质记录中应该有足够的证据证明其存在，但之前研究者并没有明确发现过着陆式撞击事件。他也不认可氧同位素比率表明微颗粒与冰发生了混合。有可能研究团队找到的碎片来自科学家之前没有发现过的罕见流星，但van Ginneken认为这不太可能。
“我认为数据很棒，测量方法也很好，结果解释也不是不可能，但并不像论文说的那样受数据的支持，” Koeberl说。“其实还有更多的可能性，很有趣，值得进一步探索。”
希望弄清楚空中爆炸发生频率的科学家们也把目光转向了天空，对可能在我们的头顶爆炸的物体进行了详细的调查。目前，我们还没有办法避免宇宙灾难，但今年晚些时候人类将发射一艘宇宙飞船撞击一颗小行星并使其偏离轨道，这可能是一种保护地球的方法。
与此同时，更好地了解空中爆炸可能产生的爆炸威力，对帮助人们及时逃离至关重要。
（译者：流浪狗）
