追尋城市中的星塵

段景頤

從十多年前起，一位來自挪威的地質學家開始在城市中尋找星塵——微隕石。

你可知道，每天都有大量肉眼無法察覺到的天體碎屑進入大氣層，這些“星塵”就是微隕石。雖然這些星塵來自太空，但第一次發現它們的反而是海洋學家。

19世紀70年代，英國派遣“HMS挑戰者號”艦在大西洋和太平洋執行海洋研究任務。HMS挑戰者號本為軍艦，為了執行科考任務，人們拆除了艦上所有大炮，取而代之的是各種科研設備和一缸缸純酒精。科學家計劃利用這艘艦艇挖掘海床上的泥沙，并將泥沙中的活體生物用酒精保存起來，方便回國后解剖和進一步研究。

在南太平洋科考作業時，船上的科學家們在某片海域的海底發現了大量鯨魚、鯊魚和海豚的骨架。從取回的樣本中，海洋學家驚訝地在鯨魚骨骼樣本中發現了許多微小的球狀金屬顆粒。在排除了種種可能性后，他們認為這些小球只可能來自太空。因此，它們也被稱為“微隕石”。自從能夠探測天空中金屬物體的設備——雷達問世后，人們才確信這些金屬小球的確來自太空。

微隕石的尺寸非常小。很容易被誤認為塵埃顆粒。

什么是微隕石？

微隕石是一些在進入地球大氣層后沒有完全燃盡并降落在陸地或海洋的微流星體，它們的直徑為50微米～2毫米，幾乎和塵埃一樣小。微隕石的大小和組成和隕石有很大不同，而且種類比后者更加豐富。雖然南極是微隕石的主要發現地點，但微隕石同樣也出現在史前沉積物周圍地區、偏遠的沙漠和冰川等較少受到人類影響的地區。

微隕石中有一些是太陽系中最古老的宇宙塵埃，它們是塵埃凝聚成行星之前的礦物殘體，其存在時間遠遠超過地球甚至太陽的歷史。不了解微隕石的人會覺得它們不過是普通隕石的碎片，但這是不全面的。還有人認為，微隕石是金屬球體。但事實上，完全由金屬構成的微隕石只占微隕石總數的大約2%，大多數微隕石的成分為橄欖石和斜方輝石（也是構成地幔的主要成分）。許多微隕石是超鎂鐵質巖石，這是一種在地球上含量極少的巖石。因此，這能夠作為判斷微隕石身份的主要依據。微隕石可能誕生在太陽系的邊緣、比冥王星還遙遠的星際空間。人類對這些太空“寶石”的研究還剛剛起步。

微流星體威脅著航天器和宇航員的安全

2013年5月，美國氣象衛星GOES-13被一顆尺寸小得難以置信的微流星體擊中了太陽能電池陣列的支撐臂，撞擊產生的顛簸讓衛星失去平衡，并導致衛星上的儀器自動關閉，衛星一度“罷工”了數周。空間站和太空飛船也深受微流星體的威脅。2012年，一顆微流星體撞擊了國際空間站的一面大玻璃窗，并在上面留下了明顯的撞擊坑。通常執行完任務后返回地球的航天飛機機身上，都布滿了微流星體等物體撞擊留下的“麻點”。在太空中執行任務的宇航員，也時常面臨著微流星體的威脅。

為了保護航天器和宇航員的安全，美國宇航局采用了“惠普爾護盾”技術。這種護盾的最外層用輕薄的金屬制成。當護盾受到天體撞擊時，最外層的金屬首先被擊穿，同時天體會被分解成若干個小碎片組成的“碎片云”，拋射向更結實的后壁。將撞擊點承受的巨大沖擊擴散到一個較大的區域，這也是惠普爾護盾最突出的優點。不過，在經受撞擊后，護盾就失去了防護作用。需要重新更換新的護盾。美國航天局在此基礎上，又在外壁和后壁之間填充了用于制造防彈衣的凱夫拉纖維等材料，進一步提高了護盾的防護性能。

追尋星塵

在很長一段時間里，科學家認為城市算不上尋找微隕石的理想場所，而更愿意前往南極洲或無人的沙漠地區去尋找微隕石的蹤跡。但卻很少有人知道，城市中同樣有微隕石的身影。當我們漫步在城市街道時，不經意間揚起的灰塵中，就有可能包含了幾粒降落到地球的星塵。

2009年，挪威地質學家兼音樂家瓊·拉爾森開始了一項在城市中搜尋微隕石的研究。拉爾森使用的只是磁鐵、塑料袋、篩子和顯微鏡等最簡單的設備，他先將目光對準了自己居住的奧斯陸的污水渠、排水溝和落水管，并收集了數百千克渣滓和污泥。漸漸地，拉爾森開始前往其他城市和國家采集樣本。他也并不滿足于僅僅在城市中搜尋星塵，全世界各地的山區、冰川、沙漠和火山都留下了他的足跡。最后，他從全世界七大洲近50個國家的近1000個地塊上搜集了數萬份樣本。

隕石獵人（以搜尋隕石為業的隕石愛好者）在搜尋微隕石的過程中，漸漸學會了利用“陷阱”捕捉微隕石，例如用戶外水池捕捉星際塵埃顆粒（IDP）。但對于需要大量樣本的科學家來說，他們迫切想得到一個真正高效的微隕石陷阱。要想一次性在同一個陷阱中發現上千個微隕石。微隕石陷阱必須滿足兩個條件：一是面積至少要超過一個標準足球場的大小；二是最好能持續積累數十年時間。如此高的建造和維護要求讓不少科學家望而卻步。然而，科學家忽略了一個近在身邊的微隕石陷阱，那就是屋頂。雖然單個屋頂的面積微不足道，但成百上千的屋頂面積總和就很可觀了。

于是，城市建筑的屋頂成了拉爾森最近幾年搜尋微隕石的重點區域。他發現，屋頂上收集到的微隕石，其降落年代都不遠，能夠追溯到的最早降落的微隕石也不過是50年前降落的。因此，屋頂搜集到的微隕石比他之前收集到的樣本更“新鮮”。相比降落年代久遠的微隕石，新微隕石沒有受到長年風化侵蝕，有些玻璃質微隕石的保存情況非常完好。

拉爾森依靠簡單的工具（磁鐵和塑料袋）收集到了數萬個可能是微隕石的樣本。

鑒別真身

每次拉爾森將收集到的微粒帶回到家中的實驗室，他首先會用顯微鏡對樣本進行仔細觀察，并挑選出可能是微隕石的微粒，隨后用更高倍率的電子顯微鏡記錄圖片檔案。

然而，電子顯微鏡的鏡頭在拍攝非平面樣本時會由于景深過淺，導致物體只有很小一部分在焦平面內。雖然焦內成像是清晰的，但在焦外的物體成像是模糊的。幸好拉爾森遇到了同樣需要拍攝微小物體的礦物學家簡·基利，他們合作定制了一臺專門拍攝微隕石的相機。這臺相機被安裝在一個自動控制的機械軌道上，相機每移動幾微米就拍攝一幅圖像。一般來說，每顆微隕石樣本需要拍攝約250張不同景深的照片。最后，這些照片在后期制作室被進行堆棧處理，數百張照片中的清晰部分被合成為一張完整的清晰照片，放大倍率達3000倍。這些照片為科學家提供了高分辨率的彩色微粒圖像，清楚反映了微粒的微觀形態、紋理和質地。他們發現，在其中一些微粒上，有一些閃亮的小珠。經過分析，他們得知這些小珠的成分為鐵、鎳、鉻和鉑等元素。該研究一直持續至今，拉爾森記錄了4萬張疑似太空微粒的圖片。

雖然拉爾森發現了許多疑是微隕石的微粒，但其中真正得到確認的微隕石卻并不多。2015年2月，拉爾森發現了一顆從未見過的微粒樣本：一顆長約0.3毫米的棒狀橄欖石微隕石，其表面布滿了美麗的樹狀磁鐵礦晶體。拉爾森拿著這個標本來到倫敦帝國理工學院，向科學家求助。最終，兩位科學家確認了這的確是個來自外太空的微型天體。從此以后，他們開始了和拉爾森的長期合作。經過兩位科學家篩查，4萬個微粒樣本中包含了500枚真正的微隕石。

盡管相比南極，在城市尋找微隕石會受到鐵屑和其他工業副產品的干擾，但我們都可能在自己居住的社區中發現這些“天外來客”，這不能不讓人激動。拉爾森向我們展示了一種可能性，在我們身邊，可能還有我們未曾發現的世界等待我們去探索。