麥田怪圈形成過程中的半熔流星鐵

于1993年8月英仙座流星雨之后不久出現在英國的一個麥田怪圈里，我們發現了一種由隕石材料形成的天然鐵質薄膜。這些鐵氧化物包括赤鐵礦和磁鐵礦熔合成的異質體，并且具有磁膜的性質。物理、化學以及空間分布等特征都表明當怪圈形成時，鐵質薄膜被燒至半熔狀態。這意味著等離子體渦流參與了怪圈形成，這一機制以前被認為是研究麥田怪圈形成機制的首要考慮因素。

光學顯微鏡下可以看到，這種附著物是黑色的反光顆粒，大小在2微米～100微米，有不規則形和球形，混合在紅褐色無定形介質中。整體外形說明這是一種薄膜。根據已知的兩種氧化鐵的常見形態的性質，樣品被放置在一個小的(1700高斯)馬蹄鐵形狀的磁場內，土壤和植物被附著的部分表現出了非常明顯的磁感性。磁引力強到能吸起葉子，麥穗和莖稈能使被附著的土壤碎片移動1厘米～3厘米。

美國野外研究者彼得·索倫森發現，磁性物質僅限于局部的被灰塵沾染的植物旋渦內，其直徑僅約0.5米(圖1中指出的區域D)。這一旋渦位于兩個更大、更典型的倒伏植物圈之間，兩個大圈直徑約15米，彼此相距60米，且都位于同一塊小麥田里。這種氧化物起初被認為是棕色污漬或附著物，不均勻地分布在石灰質土壤上層暴露于地面的部分，以及亂蓬蓬的小麥葉片和莖稈的間隙中。

土壤表面的薄膜結合得十分緊密，而植物上的附著物可以被小心地取下來。取下來的膜片厚度在200微米～400微米之間，外層或者接觸空氣的一面(圖2)是一層多泡的異質混合物，內部接觸植物表面的那層(圖3)則留有植物表皮細胞的縱向纖維和細胞結構的固定印記。這清楚地說明薄膜在接觸植物表面時處于半剛性或者塑料狀態。

這些氧化鐵薄膜的形成表明存在大氣層內的噴散型燒熔以及高于500℃的溫度，使得磁鐵能從冷卻的氣體中濃縮出來，因此需要尋找更多的證據支持在磁性薄膜形成過程中曾經發生過高溫。土壤碎片上的貼生膜內部是很薄的、有壁的赤鐵礦小管，這些小管伸出膜外并固化成內空的圓頂。很多情形下這些圓頂被損壞了，細小的碎片分散到下面。少數情況下這些圓管沒有被損壞，但在冷卻過程中形成了很寬的應力裂紋。考慮到石灰石在鐵質熔化過程中起到高溫熔流作用，這些小管的形成就比較容易理解了。當氧化混合物滲入土壤時，與石灰石底層有短暫的接觸，這時就形成圓頂狀小管。

需要指出的是，附著性較低的植物表面的薄膜并沒有這樣的圓頂小管，一個可能的原因是薄膜下面的植物表面被嚴重燒焦。然而這并不是事實，事實上植物表面只留下了微弱的紅色赤鐵礦污漬。植物細胞內大量的水分能保證形成一個絕緣的蒸汽層，將植物組織和薄膜隔離開。事實上，植物接觸面的掃描電子顯微鏡照片揭示了深而拉長的凹陷(圖4，右箭頭處)，這些凹陷可能是由于當蒸汽和水分沖出氣孔時的局部壓力造成的，這個壓力使得薄膜撕裂。在陶瓷廠，薄釉的過速冷卻能造成很細微的應力裂紋網。這種“泥裂”的一個特征就是在交叉點有一個近似90。的角，而且裂紋隨機地互相交叉。圖5中的掃描電子顯微鏡照片展示了磁性薄膜的網狀裂痕，中心箭頭指向一個交叉點。當這些附著性膜冷卻收縮時，薄膜外層產生一個臨時性的抗張力。這種薄膜的形成過程與在一個不可壓縮的球面上拉緊薄膜的過程有可比性，在本案例中，石灰石是那個球面。

從有磁感性的穗頭取得的種子與那些從對照區域取得的種子有一定的可比性。薄膜區內的能量并沒有對萌芽或幼苗生長產生負面效應，事實上植物生長的速率和均勻性都有顯著增強。

圖6中的底層土和圖7中的磁性膜證實了膜和土壤底層之間沒有發生混合，因為在薄膜中沒有發現鈣或者硅，而這些是白堊土的典型元素。薄膜中只存在鐵和氧，表明其來源于隕石，特別是在流星雨發生的那天。

1993年持續幾天的英仙座流星雨是當年最活躍的流星雨。在后來的分析中，卻沒有發現通常在含鐵流星雨中常見的元素鎳、鉻和錳。這可能是因為當能量進入大氣層時摩擦產生的熱量造成了“聚變殼”。這種外殼由磁鐵礦組成，其大部分被熔成熔滴而迅速冷卻，小部分被氧化成赤鐵礦。

凝固的液滴在流星雨發生后幾天內飄入地球，并在鐵隕石降落區附近的土壤里被發現。這些小顆粒的尺寸與在麥田怪圈內發現的顆粒的尺寸一致。這些鐵顆粒的x光譜只呈現出磁鐵礦的譜線，而其他的則同時表現出磁鐵礦和赤鐵礦的譜線。1981年1月8日，大約在象限儀座流星雨發生后的48小時內，這一現象發生在法國普羅旺斯地區附近，使得石灰巖表層和土壤鍍上了一層薄薄的鐵氧化物。這樣的時間、內容以及形式都符合隕石來源。

在英國的徹希爾，隕石灰塵局限于一個大旋渦里的獨立的小旋渦中。在過去關于麥田怪圈形成的可能原因的討論中，中心假說是存在一個緊密螺旋的離子組成的等離子體旋渦，這個旋渦的大小和田野中倒伏旋渦作物區域一樣大。流星尾跡的離子化程度很高，可以被雷達探測到。這些離子化尾跡的結構還不完全清楚，但是是擾動的。等離子化進程通常發生在極光電離層里，多數是螺旋狀的。事實上，從側面觀察，極光束通常是旋渦狀的。盡管極光的整體尺寸遠大于直徑15米的麥田怪圈，但它的厚度常常只有100余米。

在等離子體中，磁性收縮效應傾向于將等離子體壓縮成越來越緊的螺旋結構。隨著螺旋的總體寬度減小，局部感應磁場增加。因此，如果是等離子體旋渦作用于英國麥田，那個0.5米的次級旋渦應該可能比15米的大旋渦具有更強的磁場。這些小的強磁場可能經由等離子體的對流和化學分離，形成不連續的含有高磁鐵灰塵的細束。電子在其螺旋狀路徑上旋轉產生的微波會加熱現存的任何鐵質顆粒，并會在空氣中將一部分鐵氧化成赤鐵礦形態。

內部加熱也許能解釋為什么赤鐵礦一磁鐵礦混合物在作用于地面時仍然是半熔狀態。通常這些小滴會在空氣中凝結并落在地表形成獨立的小球，而不是鍍在地面上。

螺旋極光通常含有弧光，這些弧光可發展成成對的逆時針旋渦層，不停地變化和旋轉。這一點可與現場的兩個直徑15米逆時針旋轉區域以及伴隨著它們的次級旋渦相比較。螺旋極光產生于磁氣圈的旋渦電子區域，并沿著地磁線向下進入電離層。是不是會有一對向下飛行的逆時針等離子體旋渦交織并且捕捉到流星塵埃，并由次級旋渦的微波將塵埃加熱到半熔狀態，然后降落到地表使得作物倒伏?如果是，那就意味著一個迄今為止仍然不甚明了的現象，即電離層等離子體旋渦飛行到地球表面。不管其來源是什么，目前的證據清楚表明，流星塵埃以一種半熔狀態作用于地面，并以多元緊密的旋渦狀被局限于麥田怪圈中。