但碳-14年代测定法只适用于年代不超过4万年左右的生物体,而且还根本无法测定岩石这样的无机物质的年代。对于测定岩石的年代,犹如期待岩石上开出一片美丽的花朵,世界上的科学家几乎人人不抱希望。
只有一个人例外。他叫阿瑟·霍姆斯,是英国达勒姆大学地质系的教授。他的研究方法,在理论上前人已经解决了,即有的原子以一种可以预测的比率从一种同位素衰变成另一种同位素,这一过程便像中国古代的沙漏一样,能够用来记录时间。霍姆斯的贡献在于,他以测定铀衰变为铅的比率来测定岩石的年代,从而期待测出地球的年龄。
他使用的设备只是一台校方提供的简易的加法机。通过这台机子的计算,在1946年,他颇为坚决又有些迟疑地宣布,地球至少已经存在30亿年,或许很可能还要长。但同行中,有些人将之视为天方夜谭,拒不承认这一成果;有些人赞赏他的方法,却以为他得出的不是地球的年龄,而只是组成地球的岩石或矿物的年龄。
1948年起,先是在芝加哥大学,后在加州理工学院,一个叫彼得森的美国科学家在无菌试验室里埋头苦干7年,继续研究着这一项目。他有了比霍姆斯更深入的想法——
测定地球年龄的问题在于,你需要有极其古老的岩石,内有含铅和铀的矿物,其古老程度几乎与这颗行星一样——要是岩石年轻得多,测定出来的年龄显然会比较年轻,从而得出错误的结论,而真正古老的岩石在地球上是很难找得着的。谁也不知道这是什么原因。实际上,要等到太空时代,才可能有人貌似有理地说明地球上古老岩石的去向,这真是不可思议的……最后,彼得森突然聪明地想到,可以利用地球之外的岩石,从而绕开缺少古老岩石的问题。他把注意力转向陨石。
他提出了一个假设——一个很有远见的假设,结果证明非常正确,即许多陨石实际上是太阳系早期留下来的建筑材料,因此多少保留着原始的内部化学结构。测定了这些四处游荡的岩石的年代,你也就(接近于)测定了地球的年龄。
7年后,彼得森终于收集到了可用于测试的陨石。
1953年春,在伊利诺伊州的国家试验室,在一台新型的质谱仪下,他获得了正式结果。那一天,他的胸膛里也像落下了一片陨石雨,他几乎能听到激动与喜悦撞击一块的爆裂声。他不敢马上对外宣布,而是直接驱车回家,要母亲赶快送自己去医院,他以为自己马上要发心脏病了……
过了几天,在威斯康星州举行的一次国际学术会议上,彼得森面含禅机似地微笑走上讲台。他望了台下一会儿,俨然是大雄宝殿上的如来佛祖,已将大千世界十万江山、百万鱼虫尽收眼底。然后,他宣布地球的确切年龄是45.5亿年,误差为7000万年。
经过200年的努力,人类才终于知道了自己居住的家园的年龄。
陨石对科学研究弥足珍贵,要得到陨石却必须99%地“靠天吃饭”,这剩下的1%,便来自月球取样。
之前,人类在月球的9个点位上采集了岩石样本。其中,美国阿波罗登月舱采集到6个点位的共381.7千克岩石,苏联通过不载人的机械方式取得了3个点位的共0.3千克的岩石。
既然99%地“靠天吃饭”,那运气就很重要了。南极,应该说是地球上独一无二的、运气好得像青岛啤酒泡沫一样涌上来的“天堂”。
在南极的巨大冰盖里,百万年来落下的陨石被完美地保存下来。冰盖的运移极其缓慢,无数陡峭的山坡成了它运移的天然障碍。当夏季来临,冰盖的前峰消融,积累其中的陨石便逐渐堆积在山坡下。一年过后,在同一个山坡前,都有可能找到一些新暴露出来的陨石。
自1969年以来,世界各国的研究人员在南极洲收集到近两万块陨石。美国卡内吉梅隆大学还专门研制出一种在南极洲复杂恶劣气候条件下寻找陨石的机器人。鉴于几乎绝迹的国内陨石研究来源,中国也多次组织南极陨石考察,战果果然不凡。从1998年12月在南极内陆格罗夫山地区回收到第一块陨石,到2009年我国总共获得南极陨石11400块,其中有2块火星陨石,收集到一大批珍稀类型的陨石,如灶神星陨石、碳质球粒陨石、石铁陨石等。相对于国内获取的途径,南极的陨石真是“物美价廉”。
中国广泛分布的大面积沙漠与荒漠,也是收集与储藏陨石的宝库。2013年的夏季,是一个期待丰收与突破的炎热的夏天。5月,由林扬挺研究员与缪秉魁教授组织一批年轻的陨石专家队伍,到新疆的哈密—鄯善的荒漠里寻找与收集陨石,功夫不负有心人,在短短一个星期的野外工作中,他们找到了43块多种类型的陨石。也是在这个夏天,林扬挺还精心研究了2011年7月18日降落在摩洛哥沙漠里的Tissist火星陨石。他利用扫描电镜、激光微区拉曼分析和纳米离子探针分析,研究火星陨石冲击熔融细脉与矿物裂隙细脉中的碳物质颗粒,通过测定碳颗粒的同位素组成:碳-12、碳-13、氢-1、氧-16、氟-19、磷-31、硫-32和氯-35,证实碳颗粒是有机成因的碳,表明火星曾经发育过生命。
欧阳自远感到高兴,林杨挺与缪秉魁都出自他的门下,在欧阳自远先后指导的几十名博士生里,有11名学生的专业方向是陨石,他们分别研究吉林陨石、清镇陨石、南丹铁陨石、南极陨石、玻璃陨石、高温高压陨石实验、陨石宇宙成因核素、太阳星云凝聚与陨石成因和宇宙尘埃的收集与研究等。这支队伍的人数在增加,研究水平在提高,研究成果的影响在扩大,中国的陨石学与天体化学学科在茁壮成长。
$解开通古斯大爆炸之谜
人类关于陨石雨的科学记载,始自19世纪初。
1803年4月26日,在法国东北部巴黎以西的莱格勒村,人们被一场从未见过的自然景象所惊吓。沿着一条13千米的轨迹,2300多块石头倾泻而下,每块石头重量为7克至9千克不等。因为陨石雨发生在白天,有许多目击者。有些人说,在陨石雨开始前,他们听到巨大的爆炸声,并看到天空出现异常明亮的光环。另一些曾捡起过石头的人说,当时石头还是热的。
法国物理学家让·巴蒂斯特·毕奥赶到村里进行调查。他对一些石头进行了分析,发现并证实它们是来自外层空间。而在这之前,好似听说了狗头长在猪身上,许多科学家都不相信地球上有石头竟来自于太空。
从此,世界各地不断有关于陨石雨和小天体撞击地球的报道。其中,最为著名的就是“通古斯大爆炸”。
在俄罗斯西伯利亚中部,这是一片一望无垠、渺无人烟的荒野——到处是湿地、沼泽地以及长满松树和杉木林的丘陵地。万籁俱寂、阴森森地令人不寒而栗,偶尔可听到在晨曦下吃草的驯鹿走过的足蹄声,以及密密麻麻、成群结队的蚊子发出的嗡嗡声。
1908年6月30日清晨,在西伯利亚中部的通古斯河流域,酣睡中的人们被震天动地的响声惊醒。一个燃烧着的,比太阳还亮的怪物拖着浓烈的长长烟火尾巴,带着呼啸的阵阵巨雷声,在几秒钟内从东南偏南方向向西北偏北方向高速移动,留下一道长约800千米的浓浓光迹后消失在地平线外。火球在离地面6千米的上空爆炸,升起一团巨大的火焰。一声震天撼地的巨响,一团蘑菇状的滚滚浓烟直冲到20千米的高空,接着降落了一阵石砾和灰尘的黑雨。爆炸力异常之大,离西南方向约600千米处,横贯西伯利亚的特快列车出现了强烈的震动,火车司机发现火车前面的铁轨呈波浪状起伏,司机立刻紧急刹车,接着从远方传来轰鸣声。在距爆炸地点2250千米远的地方都能听见排炮似的爆炸声,大地为之震颤。
离爆炸地点约970千米的伊尔库茨克和4000千米远的圣彼得堡市地震测量站,记录了这次爆炸。随后对这些记录的分析表明,地震的震中与爆炸地点正好吻合(北纬60度55分,东经101度57分),并证实了爆炸发生的准确时间:当地时间上午7点14分,格林尼治标准时间零点14分。
大气层中强大的冲击波还使空气产生异常的振动。在爆炸1小时以后,伊尔库茨克的地磁和其相关气象站,记录下了空气的异常振动和地球磁场扰动,磁暴持续了4个多小时。接着在4小时14分以后,相聚5000千米的波茨坦以及8小时以后的华盛顿,都分别有空气异常振动的记录。在英格兰6个不同地点记录下来的大气压持续20分钟左右上下剧烈波动。
当时通古斯周围尘土飞扬,烟雾弥漫,云堆里火舌缭绕,炙热的气浪此起彼伏地席卷着整个浩瀚的泰加森林(即北方针叶林)。2150平方千米内的6000万棵树呈扇面形,从中间向四周倒伏,1500多头驯鹿在大火中化为灰烬。熊熊的森林大火连日燃烧,爆炸后的几天里,通古斯地区方圆1.5千米范围内的天空,布满了罕见的光华闪烁的阴云。日落后,夜空便发出万道霞光。东至勒拿河,西至爱尔兰,南至塔什干,波尔多(法国)一线的北半球广大地区连续出现了白夜现象,即使远在西欧,竟然能在夜间不用灯火看报。在美国,史密松天体物理天文台和威尔逊山天文台观察到几个月来大气的透明度有所降低。
据伊尔库茨克地震站的记录,通古斯大爆炸的能量,相当于1000万吨至1500万吨TNT炸药,相当于近千个原子弹爆炸的能量。
100年来,解释“通古斯大爆炸”的起因至少有70种“理论”,大致可以归纳为以下几类:1. 地外小天体的撞击:小行星撞击说和彗星撞击说。2. 宇宙的某种过程:如反物质湮灭说,反物质陨石湮灭说,白矮星超密碎片撞击说,微小黑洞活动说等。3. 地球的某种过程:如闪电引发甲烷气体爆炸说,火山喷发产生1000万吨的甲烷天然气从狭窄的地下火山口漏出说,爆鸣气爆炸和水分解说,某种未知的地下运动和大气运动的强大结合说,地球云层放电说,流星破坏地球电离层说,陨石静电破坏森林说,来自地球深部的“地球流星”说等。4. 外星人的活动:如外星人的宇宙飞船出故障,宇宙飞船核爆炸说,外星人的激光攻击,火星飞船爆炸说,飞碟分裂说,雪人飞船入侵说,外星文明回应地球信号说等。
关于通古斯大爆炸的起因,其实早有科学定论。在通古斯事件发生后,通过对爆炸过程各种现象的记录和分析,特别是通过多次科学考察和越来越多的研究试验成果,绝大多数科学家赞同和支持“小天体撞击说”。“小天体撞击说”包括“小行星(陨石)撞击说”和“彗星撞击说”。只是后期各种奇谈怪论的出现,增添了通古斯大爆炸的神秘色彩,个别“学者”一知半解地渲染,加上媒体的鼓噪炒作,故弄玄虚,使通古斯大爆炸成为“20世纪最大的自然之谜” 。
1924年夏著名的苏联地质学家S.V.奥布鲁切夫认为大爆炸事件是由巨大的陨石陨落造成的。1927年库利克提出“陨石撞击说”,因为没有找到巨大陨石的撞击坑和陨石残骸,在当时“陨石撞击说”还难以自圆其说。后期的研究标明一个石质小天体,直径约60米,以每秒25千米的速度与地面的入射角约30°—35°飞进地球大气层。受地球大气的摩擦,生热,在距地面8.5千米的上空爆炸、裂碎、汽化,没有留下任何残骸。高温压缩的冲击波撞击地面造成了直径90—200千米的爆炸坑,大坑中没有残片。撞击地球的动能相当于1000万吨黄色炸药爆炸的能量。
苏联科学院院士彼得洛夫最早提出“彗星撞击说”,他认为引起通古斯爆炸的是一个以每秒12千米的速度冲破地球表面大气层的彗星,由于摩擦产生了过热的气体,形成了破坏力巨大的冲击波,所以没有留下任何残骸作为“物证”。库利克在通古斯区域多次考察后没有发现陨石的撞击坑,也提出彗星撞击说。随后,天文学家费森科夫院士进一步完善了“彗星撞击说”,他认为,引起通古斯大爆炸的元凶是一颗直径约60米、质量不小于100万吨的彗星头部,以每秒30—40千米的飞行速度冲入地球大气层造成的。
相继,越来越多的考察和研究成果支持和充实了“小天体撞击说”。欧阳自远根据通古斯大爆炸的各种现象,分析研究了通古斯大爆炸的研究成果,坚定不移地支持“小天体撞击说”。欧阳自远还用“吉林陨石雨”科教片与苏联拍摄的“通古斯大爆炸”科教片交换,并得到了极少的通古斯大爆炸的微细玻璃球粒,确证属于小天体撞击产生的玻璃微粒。
$难以忘怀的陨石雨
1976年,在欧阳自远的人生记忆与科研经历中,是特别重要的一年。无数人一辈子也难遇的陨石雨,这一年里欧阳自远却遇到了多次。
第一次是在1976年3月8日下午,发生了世界上规模最大的一次陨石坠落事件——吉林陨石雨。那天下午3点左右,吉林地区上空突然出现了几个大火球,它们浑圆如满月,旋转如足球,越滚越急,很快滚成一片火海,鱼贯向西飞行。随之,整个区域里响起激烈、澎湃的轰轰声,大地为之颤抖,树木、房屋为之摇撼,几百里之外清晰可闻。事后统计,有100多万人听见了这巨大的爆炸声。落地的巨响和震波,震碎了邻近一户居民住宅的玻璃窗。地震台的地震仪准确记录了陨石在空中爆裂和1号陨石撞击地面的弹性波。
这一天是“国际劳动妇女节”,许多单位在举行聚会,有些村庄的朝鲜族乡亲们还载歌载舞欢庆节日。乡亲们停止了娱乐,纷纷跑出屋子,一个个惊恐万分,第一个念头是地震了,但未见任何一处房垮地陷,只看见几团火球从天而降,有一团在不远处降落,激起一股冲天黑烟。人们又纷纷议论和猜测,是附近的部队打靶基地在试验新的武器,还是有飞机不幸坠落了?也有人怀疑是别人的新式武器攻击。
陨石沿着降落的轨道散落,而且排列起来颇有规律:大量碎小的陨石,散落在吉林市郊区大屯公社李家大队和永吉县江密峰公社一带;稍大块的,直落在金珠公社九座、南兰大队一带;最大的3块陨石,沿着原来的飞行方向,继续向西偏南方向飞去,先后落在吉林市郊区九站公社三台子大队、孤店子公社大荒地大队和永吉县桦皮厂公社靠山大队。最大的一块在15时02分36秒坠地时,穿破1.7米厚的冻土层,陷入地下6.5米深处,在地面上造成一个深3米、直径2米多的大坑,撼起的土浪高达50余米,土块飞溅到百米以外。