追寻城市中的星尘

段景颐

从十多年前起，一位来自挪威的地质学家开始在城市中寻找星尘——微陨石。

你可知道，每天都有大量肉眼无法察觉到的天体碎屑进入大气层，这些“星尘”就是微陨石。虽然这些星尘来自太空，但第一次发现它们的反而是海洋学家。

19世纪70年代，英国派遣“HMS挑战者号”舰在大西洋和太平洋执行海洋研究任务。HMS挑战者号本为军舰，为了执行科考任务，人们拆除了舰上所有大炮，取而代之的是各种科研设备和一缸缸纯酒精。科学家计划利用这艘舰艇挖掘海床上的泥沙，并将泥沙中的活体生物用酒精保存起来，方便回国后解剖和進一步研究。

在南太平洋科考作业时，船上的科学家们在某片海域的海底发现了大量鲸鱼、鲨鱼和海豚的骨架。从取回的样本中，海洋学家惊讶地在鲸鱼骨骼样本中发现了许多微小的球状金属颗粒。在排除了种种可能性后，他们认为这些小球只可能来自太空。因此，它们也被称为“微陨石”。自从能够探测天空中金属物体的设备——雷达问世后，人们才确信这些金属小球的确来自太空。

微陨石的尺寸非常小。很容易被误认为尘埃颗粒。

什么是微陨石？

微陨石是一些在进入地球大气层后没有完全燃尽并降落在陆地或海洋的微流星体，它们的直径为50微米～2毫米，几乎和尘埃一样小。微陨石的大小和组成和陨石有很大不同，而且种类比后者更加丰富。虽然南极是微陨石的主要发现地点，但微陨石同样也出现在史前沉积物周围地区、偏远的沙漠和冰川等较少受到人类影响的地区。

微陨石中有一些是太阳系中最古老的宇宙尘埃，它们是尘埃凝聚成行星之前的矿物残体，其存在时间远远超过地球甚至太阳的历史。不了解微陨石的人会觉得它们不过是普通陨石的碎片，但这是不全面的。还有人认为，微陨石是金属球体。但事实上，完全由金属构成的微陨石只占微陨石总数的大约2%，大多数微陨石的成分为橄榄石和斜方辉石（也是构成地幔的主要成分）。许多微陨石是超镁铁质岩石，这是一种在地球上含量极少的岩石。因此，这能够作为判断微陨石身份的主要依据。微陨石可能诞生在太阳系的边缘、比冥王星还遥远的星际空间。人类对这些太空“宝石”的研究还刚刚起步。

微流星体威胁着航天器和宇航员的安全

2013年5月，美国气象卫星GOES-13被一颗尺寸小得难以置信的微流星体击中了太阳能电池阵列的支撑臂，撞击产生的颠簸让卫星失去平衡，并导致卫星上的仪器自动关闭，卫星一度“罢工”了数周。空间站和太空飞船也深受微流星体的威胁。2012年，一颗微流星体撞击了国际空间站的一面大玻璃窗，并在上面留下了明显的撞击坑。通常执行完任务后返回地球的航天飞机机身上，都布满了微流星体等物体撞击留下的“麻点”。在太空中执行任务的宇航员，也时常面临着微流星体的威胁。

为了保护航天器和宇航员的安全，美国宇航局采用了“惠普尔护盾”技术。这种护盾的最外层用轻薄的金属制成。当护盾受到天体撞击时，最外层的金属首先被击穿，同时天体会被分解成若干个小碎片组成的“碎片云”，抛射向更结实的后壁。将撞击点承受的巨大冲击扩散到一个较大的区域，这也是惠普尔护盾最突出的优点。不过，在经受撞击后，护盾就失去了防护作用。需要重新更换新的护盾。美国航天局在此基础上，又在外壁和后壁之间填充了用于制造防弹衣的凯夫拉纤维等材料，进一步提高了护盾的防护性能。

追寻星尘

在很长一段时间里，科学家认为城市算不上寻找微陨石的理想场所，而更愿意前往南极洲或无人的沙漠地区去寻找微陨石的踪迹。但却很少有人知道，城市中同样有微陨石的身影。当我们漫步在城市街道时，不经意间扬起的灰尘中，就有可能包含了几粒降落到地球的星尘。

2009年，挪威地质学家兼音乐家琼·拉尔森开始了一项在城市中搜寻微陨石的研究。拉尔森使用的只是磁铁、塑料袋、筛子和显微镜等最简单的设备，他先将目光对准了自己居住的奥斯陆的污水渠、排水沟和落水管，并收集了数百千克渣滓和污泥。渐渐地，拉尔森开始前往其他城市和国家采集样本。他也并不满足于仅仅在城市中搜寻星尘，全世界各地的山区、冰川、沙漠和火山都留下了他的足迹。最后，他从全世界七大洲近50个国家的近1000个地块上搜集了数万份样本。

陨石猎人（以搜寻陨石为业的陨石爱好者）在搜寻微陨石的过程中，渐渐学会了利用“陷阱”捕捉微陨石，例如用户外水池捕捉星际尘埃颗粒（IDP）。但对于需要大量样本的科学家来说，他们迫切想得到一个真正高效的微陨石陷阱。要想一次性在同一个陷阱中发现上千个微陨石。微陨石陷阱必须满足两个条件：一是面积至少要超过一个标准足球场的大小；二是最好能持续积累数十年时间。如此高的建造和维护要求让不少科学家望而却步。然而，科学家忽略了一个近在身边的微陨石陷阱，那就是屋顶。虽然单个屋顶的面积微不足道，但成百上千的屋顶面积总和就很可观了。

于是，城市建筑的屋顶成了拉尔森最近几年搜寻微陨石的重点区域。他发现，屋顶上收集到的微陨石，其降落年代都不远，能够追溯到的最早降落的微陨石也不过是50年前降落的。因此，屋顶搜集到的微陨石比他之前收集到的样本更“新鲜”。相比降落年代久远的微陨石，新微陨石没有受到长年风化侵蚀，有些玻璃质微陨石的保存情况非常完好。

拉尔森依靠简单的工具（磁铁和塑料袋）收集到了数万个可能是微陨石的样本。

鉴别真身

每次拉尔森将收集到的微粒带回到家中的实验室，他首先会用显微镜对样本进行仔细观察，并挑选出可能是微陨石的微粒，随后用更高倍率的电子显微镜记录图片档案。

然而，电子显微镜的镜头在拍摄非平面样本时会由于景深过浅，导致物体只有很小一部分在焦平面内。虽然焦内成像是清晰的，但在焦外的物体成像是模糊的。幸好拉尔森遇到了同样需要拍摄微小物体的矿物学家简·基利，他们合作定制了一台专门拍摄微陨石的相机。这台相机被安装在一个自动控制的机械轨道上，相机每移动几微米就拍摄一幅图像。一般来说，每颗微陨石样本需要拍摄约250张不同景深的照片。最后，这些照片在后期制作室被进行堆栈处理，数百张照片中的清晰部分被合成为一张完整的清晰照片，放大倍率达3000倍。这些照片为科学家提供了高分辨率的彩色微粒图像，清楚反映了微粒的微观形态、纹理和质地。他们发现，在其中一些微粒上，有一些闪亮的小珠。经过分析，他们得知这些小珠的成分为铁、镍、铬和铂等元素。该研究一直持续至今，拉尔森记录了4万张疑似太空微粒的图片。

虽然拉尔森发现了许多疑是微陨石的微粒，但其中真正得到确认的微陨石却并不多。2015年2月，拉尔森发现了一颗从未见过的微粒样本：一颗长约0.3毫米的棒状橄榄石微陨石，其表面布满了美丽的树状磁铁矿晶体。拉尔森拿着这个标本来到伦敦帝国理工学院，向科学家求助。最终，两位科学家确认了这的确是个来自外太空的微型天体。从此以后，他们开始了和拉尔森的长期合作。经过两位科学家筛查，4万个微粒样本中包含了500枚真正的微陨石。

尽管相比南极，在城市寻找微陨石会受到铁屑和其他工业副产品的干扰，但我们都可能在自己居住的社区中发现这些“天外来客”，这不能不让人激动。拉尔森向我们展示了一种可能性，在我们身边，可能还有我们未曾发现的世界等待我们去探索。