如何推断陨石来自哪个星球？人类是怎么得知陨石来自其他天体的？

故事 07-11 来源： V大王来了

如何推断出陨石来自于哪个星球？人类是怎么得知陨石来源于其他天体的？

【陨石的总体分类】

先上两张陨石分类，来自不同的版本，表述方式略有不同，参照阅读有助理解~

↓Meteorite Classification，改编自Weisberg et al.(2006)

Meteorite Classification，改编自Weisberg et al.(2006)

↓Krot et al.(2007)Figure 1

Krot et al.(2007)Figure 1

陨石分类的方法有很多种，比较常见的的有：

1）按成分

石陨石（绝大多数都是石陨石）
铁-石陨石
铁陨石

2）按结构和质地

球粒陨石（Chondrites）
非球粒陨石（Nonchondrites或Achondrites），进一步分为：

-原始非球粒陨石（Primitive Achondrites）

-经历了热分异的非球粒陨石（Differentiated Achondrites），目前我们能够识别来源的陨石全部属于这一类

【目前能够识别的陨石来源】

目前能够识别的陨石来源只有：月球陨石、火星陨石（以SNC为代表）和Vesta陨石（HED），其中Vesta陨石依然还有争议。其他的通通不知道！

1. 月球陨石

早在1970s，阿波罗样本就告诉我们，月球物质有很多迥异于可能来自火星或者小行星的其他陨石的成分特性，如FeO/MnO比，K/La比等。这些性质已经可以帮我们进行月球陨石的初步分类和判断。

↓阿波罗样本中的FeO/MnO相关性(Laul et al.,1972)

↓阿波罗样本中的K/La相关性(Wanke et al.,1972)相比于地球和其他岩石（Lunar Meteorite Compendium）

Clayton et al.早在1976年就已经基于氧的同位素18O/16O和17O/16O的比例（数字都是上标）将陨石和行星物质分为六类：

1) 类地类，包括地球、月球、经历了热分异的陨石和顽辉石球粒陨石(enstatite chondrite)；

2)L和LL型普通球粒陨石；

3)II型普通球粒陨石；

4)C2,C3和C4型无水碳质球粒陨石(carbonaceous chondrite)；

5)C2型含水碳质球粒陨石和

6)其他。属于第一类的月球陨石其实已经大致被分出来了。

第一颗被确认的月球陨石是1981年于南极洲Allan Hills的Victoria Land发现的Allan Hills 81005（后称为ALHA81005）。

1983年9月的Geophysical Research Letters中一个小专题就叫A Meteorite From the Moon（Geophysical Research Letters-September 1983-Volume 10,Issue 9），发表了19篇关于月球陨石ALHA81005陨石的论文，从各个角度论述了ALHA81005陨石的特征以及其和阿波罗样品的相似性。

如Marvin（The discovery and initial characterization of Allan Hills 81005:The first lunar meteorite）通过ALHA81005陨石和阿波罗的陨石样本在矿物学和化学成分方面的相似性认为ALHA81005陨石来自月球。

Mayeda et al.（Oxygen and silicon isotopes in ALHA 81005）通过ALHA81005陨石和阿波罗的陨石样本在氧和硅同位素成分方面的相似性认为ALHA81005陨石来自月球。

1984年，Yanai et al用类似的矿物学和化学成分分析，认为日本南极科考团于1979年在南极发现的陨石YAMATO 791197也是月球陨石——于是这颗陨石成为人类目前最早发现的月球陨石。

之后的几十年类似的研究在不断细化，但我们依然无法知道某颗月球陨石是来自月球的具体哪个地方。第一颗被确认具体来源的月球陨石是2002年于阿曼发现的Sayh al Uhaymir 169，Gnos et al.通过该陨石中的多种同位素成分发现该陨石的来源地经历过四次撞击事件分别发生于约3909Ma，约2800Ma，约200Ma和小于0.34Ma年前，然后在约9700年前撞击到地球上。通过这些信息，Gnos et al.判断这颗陨石应当来源于月球的Lalande撞击坑，这一成果发表于2014年7月的Science（science.sciencemag.org/为什么这个链接形成不了超链接！）。

最后，目前已被识别的月球陨石list List of Lunar Meteorites-Feldspathic to Basaltic Order

一句话总结：月球陨石主要是通过陨石和阿波罗采样回来的样品在化学成分、矿物学、质地和节理、同位素斜率等方面的相似性来判断的。

2. 火星陨石

火星陨石的发现思路其实基本差不多。火星陨石的代表SNC陨石，是分别于1865年降落在印度的Shergotty，1911年埃及的Nakhla，和1815年法国的Chassigny陨石,这三颗陨石代表了三种不同类型的陨石，随后被以这三个地名命名为Shergottites类，Nakhlites类Chassignites类陨石。早在1970s人们就已经发现SNC陨石在矿物学成分和氧同位素特征等方面明显自成一类，迥异于其他陨石，认为它们来自同一类母星，加上和维京号着陆器分析的火星岩石样本成分等结果有很大的相似性，这些间接证据都指向SNC陨石来自火星。

↓SNC陨石（图像均来自维基百科）

直接证据来于1983年Bogard和Johnson发表于Science的论文（science.sciencemag.org/）：他们通过对南极发现的Elephant Moraine 79001陨石（Shergottites类，后简称EET79001陨石）中封存的惰性气体同位素分析（主要是Ar40/Ar36和Xe129/Xe132），认为其非常近似于维京号探测到的火星大气中的气体成分，且和其他陨石和星体都不同，这一事实从地球化学角度直接证明了Shergottites类陨石极有可能来自于火星。

之后各种支持性的证据就没有停过。到2000年，Treiman et al.(The SNC meteorites are from Mars)通过对14颗SNC陨石的研究，认为SNC陨石全部来自火星。当然，火星陨石除了SNC陨石之外还有其他的，这里按下不表。

2013年，NASA报道称好奇号火星车对火星大气中Ar的分析也支持地球上发现的某些陨石来自火星（NASA Rover Confirms Mars Origin of Some Meteorites）。

2014年，Werner et al.发表于Science的论文通过矿物学比较和撞击坑定年估计的地表年代以及陨石的形成年代比较认为Shergottite类陨石来源于火星的Mojave撞击坑，并通过放射性元素测定的Shergottite类陨石的结晶年代反过来重新给Mojave撞击坑的绝对年龄做了标定

（science.sciencemag.org/）

目前已经确认的火星陨石list：

List of Martian Meteorites Martian Meteorite Compendium Meteorite List

一句话总结：火星陨石主要是通过陨石中封存的惰性气体和维京号在火星上分析的火星气体有相同成分来判断的。

3. Vesta陨石

随着对陨石的了解日渐深入，人们渐渐发现，地球上的大部分陨石都是来自小行星带甚至更远的外太空（其中一个重要的标准是大部分陨石的年龄都非常老，超过45亿年），极少一部分才来自内太阳系——也就是大部分我们依然不知道具体来自哪里。同时，由于我们对小行星带不像月球火星那样有各种丰富的观测资料，既没有月球采样返回的岩石样本，又没有火星的着陆器在地（in-situ）分析数据，我们所知的，主要还是来自天文望远镜以及探测器的遥感观测。

唯一一类月球和火星陨石之外可能知道来源的陨石是HED陨石，依然是以其独特的氧同位素成分和矿石中的Fe/Mn比例自成一类。HED陨石是三种非球粒陨石的总称，分别是：

古铜钙无粒陨石（Howardites）

钙长辉长无粒陨石（Eucrites）

古铜无球陨石（Diogenites）

之所以认为HED陨石来自Vesta（灶神星），目前为止的判断标准都非常单一：

1）Vesta有非常独特的光谱特征（因此所有具有这类光谱特征的小行星都被称为V型小行星），这和其他目前已知的所有小行星都不同，那就是辉石-橄榄石（pyroxene-olivine）的光谱在近红外波段有显著的吸收；

2）HED陨石的实验室观测光谱也有同样的吸收。

↓Vesta与众不同的光谱特征（相比于Nysa，Eros，Psyche和谷神星Ceres Where Do Meteorites Come From?）

Vesta与众不同的光谱特征（相比于Nysa，Eros，Psyche和谷神星Ceres Where

从逻辑上来说，这个标准当然不够有力，毕竟还有那么多那么多没被发现的星体呢，谁知道还能不能找到更像的？但由于V型小行星的光谱特征实在太过与众不同，所以以目前现有的观测数据而论，大家虽然对HED陨石来自Vesta的说法一直持谨慎怀疑态度，但总体来说也算是基本认可的。

1993年，Binzel and Xu发表于Science的论文（science.sciencemag.org/），通过望远镜观测光谱类似Vesta以及HED陨石的20颗小行星进行研究，认为这些小行星的轨道特征表明这些小行星全部都曾经是Vesta的碎片，也就是说这些光谱和Vesta以及HED陨石相似的小行星全部来自Vesta，这些小行星和HED陨石一样，是Vesta撞击事件中被溅出的碎片。这同时也成为了HED陨石来自Vesta的间接证据。

↓20颗光谱类似Vesta和HED陨石的小行星光谱，红色箭头就是V型小行星独有的近红外吸收特征，不过这张光谱波长范围比较短，V型不那么明显。PS：为了方便读者识别谱线特征，这些谱线在纵坐标上都做了一定的平移，并不代表本身的纵坐标值。

↓Hiroi et al.(1994)中望远镜观测的Vesta光谱（正方形）和HED陨石的光谱，同样是明显的V型吸收波段

随着Dawn任务的推进，人们对Vesta的光谱特征有了更深更仔细的了解，虽然有研究（Moskovitz et al.,2010）认为Vesta的光谱和HED光谱在细节上有一定的差异（offset），这种差异可能是两者成分不同造成的，但这种差异同时也可能是由于空间风化引起的，因此依然没有推翻Vesta独特的光谱和HED陨石光谱的相似性。

一句话总结：HED陨石是通过实验室测得的陨石光谱和Vesta的遥感光谱相似来判断的，但是还有争议。

【地球上已经发现了多少陨石？】

据陨石数据库（Meteoritical Bulletin:Search the Database）截止到目前2016年10月的数据，从1970s开始，人类已经确认发现了54884颗陨石（加上一些疑似的陨石还会更多一些），几乎所有的陨石都是在沙漠发现的（以降水量作为沙漠的判断标志的话，南极也是沙漠）。