《復仇者聯盟2》裡美國隊長用的盾，是用來自隕石的汎元素構成的某種特殊合金鑄成的。除此之外，隕石還有什麼用處呢？圖片來源：hollywoodreporter.com
《復仇者聯盟2》今日上映，美國隊長再次登上舞臺，繼續拯救這個從沒消停過一天的世界。
儘管美式英雄從來不缺鐵膽俠骨，但畢竟要「好馬配好鞍」，好歹也得弄出點黑科技，總不能讓英雄們寒磣著去拯救世界吧？於是，美國隊長的手上，就水到渠成出現了一張畫著星條圖案的圓盾。根據設定，這面圓盾由含有汎（Vibranium）元素的一種特殊合金鑄成。
在漫威的世界裡，汎並不是地球本土擁有的元素。上萬年前，墜入南極洲的隕石意外將汎帶到地球。在現代的一次南極科考中，人類探險隊無意間發現了這種沉睡在冰層中的元素。適逢第二次世界大戰，邁倫·麥克萊恩博士（Myron MacLain）受僱於美國軍方，著手研究這種新元素的性能。他在無意間合成出一種能吸收衝擊波、具有極高硬度的合金。這樣的材料作為武器而言可算滿分，但問題在於——連他本人都不知道自己是怎麼搞出來的…… 結果便是，無法量產。言外之意，這註定只能成為英雄專用的黑科技，我們凡人就別指望染指啦！
一本正經開腦洞著實過癮，可是回到現實，我們真能指望隕石給地球帶來新元素嗎？顯然不可能。首先，翻遍元素周期表，你也找不到哪個元素叫「汎」；其次，那些現實中存在的元素，也沒有哪一個是首先從隕石中發現的。
現實永遠比故事更「荒謬」——在地球上，反而聚集著大量在目前觀測到的宇宙範圍內根本就不存在的稀罕元素。這些元素，甚至在超新星爆發級別的核聚變環境裡都無法製造出來，為什麼反而會在一顆微不足道的行星上富集呢？原因很簡單——因為他們是人類的造物。我們這個已然掌握了聚變技術的文明，在創造元素這事兒上，已經走到了整個宇宙的前面。
不僅送不來新元素，反而被地球人「羞辱」，隕石真就這樣「窩囊」嗎？不，隕石的故事可能比這還要精彩很多。它帶不來新的元素，不代表它帶不來地球罕見的星際結晶體。只要你願意，甚至可以將一個遠古星球的地核握在手心裡仔細端詳。當我們談及太陽系的太初時刻，根本用不著去編造一些虛無飄緲的故事，隕石並不是歷史的轉述者，而恰恰就是歷史本身。
太陽系裡的所有天體，包括地球和隕石在內，都形成於原始的太陽系早期的原行星盤，因此隕石不可能給地球帶來新的元素。圖片來源：NASA
無論是天外世界還是地球本土，自然界的固體無機物，由宏觀到微觀，一般都被分為以下三級尺度：巖石、礦物、元素。既然故事從元素引出，那就先來看看最小的元素一級。
隕石無法帶來任何新元素的根本原因在於，太陽系內一切巖石質的東西，都誕生於最初那個成分均一的原行星盤（Protoplanetary disc）。上一代超新星爆炸後留下了一片太初星雲，後來星雲發生質量坍縮，吸積成了太陽，剩餘的旋轉物質就圍繞太陽形成原行星盤。
星雲中最多的元素是氫（H）和氦（He）這些泛濫於整個宇宙的輕物質。它們一多、二輕，很快就率先聚合成太陽或者木星、土星等個頭最大的天體。比氫和氦稍微少一點、重一點的，就是碳（C）、氮（N）和氧（O），它們以氫化物的形式存在，比如甲烷、氨和水，組成柯伊伯帶物質，構成海王星和天王星等冰行星。
再然後，才輪到原子序數更大的那些元素。它們數量更少、密度更重、熔點更高，只能結晶形成固體。無論是地球還是整個太陽系，只要是塊石頭疙瘩，主要成分註定都是這些東西——氧（O）、矽（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鈣（Ca）、鎂（Mg），由多到少，依次排列。
對於這6種元素來說，它們的單質大多是不穩定的物態。雖然得益於工業生產，在生活中想找一塊純矽或者純鋁並不是什麼困難的事情，但在自然界裡，化學活性特別強的它們不可能以本來面目示人，只有根據各自的價態互相搭配，組成穩定化合物後，才具有賦存下來的資格。這些「自然界的固態化合物」，如果給個定義的話，便是所謂的礦物（Mineral）。
礦物的定義，便是這3個關鍵詞，「自然的、固態的、化合物」。與礦產、礦石之類完全是不同概念上的東西。將上述6種元素隨便取一些出來，根據化學規律組成合適的形式，往往就是人們常見的礦物。譬如，把矽和氧放在一起，就形成了石英（SiO2）。同理，把鐵和氧組在一起，則能夠組成赤鐵礦（Fe2O3）或者磁鐵礦（Fe3O4）。
當然，這裡所舉的例子有點簡單。巖石圈是複雜的，有著不輸於有機世界的多樣性。和有機界的碳骨架一樣，無機界同樣有它自己的基礎建材——[SiO4]4-，即所謂的「矽氧四面體單元」（silica tetrahedron）。這種四面體結構是大部分巖石的基礎骨架。你可以把它們一個個摞起來，把它們圈成環，或者首尾銜接組成單鏈，甚至像DNA那樣組成雙鏈。一如碳鏈上添加不同的官能團就成為了不同的有機物，在矽氧四面體骨架上填上不同的陽離子，就形成了形形色色的矽酸鹽礦物。矽酸鹽是整個巖石世界的絕對主導者，無論地球，還是地外。
所以，想要新物質，不能從元素這級看——挖到根了，誰跟誰能不一樣啊！只有在礦物這個層面上，隕石和地球巖石的巨大差異性才開始體現出來。人們實際調查了很多落入地球的隕石樣本，發現裡面確實有很多地球上極其稀有、甚至從未見過的新晶體相。比如知名的錐紋石（Kamacite, α (Fe, Ni)）和鎳紋石（Kaenite, γ (Fe, Ni)）。（注意這兩個例子的化學式，這可是個很重要的伏筆！）當然，不要指望能拿這些東西去做出堅不可摧的圓盾。
最諷刺的地方在於：隕石裡很多所謂的「稀罕貨」，其實是宇宙中很常見的物質，而反過來，在地表隨處可見的成分，卻往往是宇宙中真正罕見的東西。
就拿最常見的礦物之一 ——方解石（CaCO3）來說：在地球上，它是構成石灰巖或者大理巖的主要成分，到處都可以撿到；但放到宇宙中，方解石卻是極其珍稀的物質。道理很簡單：地球上有著一種近乎開掛一般的存在——生物。生物在地球上已經出現了30多億年，它適應著環境，也深遠地改造著環境，結果創造出一大堆本地獨有的土特產。人類本身就是一種土特產，自然不會覺得身邊的東西有什麼稀奇。
從礦物的尺度再升一級，到第三個尺度——巖石，事情就更有趣了。隕石可不是普通的石塊，那它們是什麼呢？
2011年在我國新疆發現的一塊巨型鐵隕石，可能是太陽系早期另外一顆原始行星的地核。圖片來源：南方周末
依然從地球說起。儘管人們普遍知道：地球內部可以劃分出性質截然不同的3個圈層——地殼、地幔和地核，但時至今日，人們對地球內部結構的認知，卻依然主要建立在間接證據（地震波）之上，沒有一個人能實際看到地核長什麼樣子，更甭說觸摸到它，或者取「一塊地核」放到實驗室去研究了。
倒不是人們不想來一場酣暢淋漓的地心遊記，這實在是心有餘而力不足。哪怕當下最深的科學鑽探記錄——前蘇聯的科拉超深鑽，也不過才鑽了區區12千米。這個距離連大陸地殼的一半都還沒鑽透，更不用提地殼下的地幔了——地幔的厚度，是地殼平均厚度的90倍！就算有一天千辛萬苦終於鑽透了巨厚的地幔，好的，裡面還有一個地核在等著你。地核直徑有多大呢？近乎於月球直徑的兩倍。
有趣之處在於，雖然無法觸及地球自身的地核，人們卻偏偏能夠用最簡單的方式，了解地外行星的核心長什麼樣子，甚至可以把它們放在手心裡仔細端詳。沒錯，它們就是隕石裡非常獨特的一種——鐵隕石（Iron meteorite）。它們只佔目前發現隕石含量的10%都不到，主要成分就是上面說的錐紋石和鎳紋石——即自然的鐵－鎳合金。
隕石種類那麼多，為什麼科學家偏偏就認為鐵隕石是古老的行星之核呢？
依然用地球本身來給這個故事復一下盤：首先，地球為什麼會分層？地球內部的溫度和壓力極高，大量物質是半熔融，甚至全熔融的。在熔體裡，成分遷移很容易。就好像把一杯摻有泥沙的水靜置一段時間後總能根據密度分層一樣，熔融的地球內部本質上就是這麼一個大水杯。上面提到的6種元素裡哪個最沉？當然是鐵。於是，大量的鐵沉入行星最深的地方，堆聚成碩大的鐵核。
不僅地球如此，月球如此，火星也如此，所有成熟的巖石星球都如此。因此，高純度的「鐵疙瘩」，註定不可能像大部分小型小行星那樣，由原始物質隨機粘合成成分均一的石塊（也就是球粒隕石，下文詳述）。這些高純度的鐵鎳合金，代表著大型星體進行過強烈的重力分異。
如果這還不夠，想要更令人信服的證據，就去看一種更稀少，也是最漂亮的隕石類別——石鐵隕石（Stony-iron meteorite）吧。它的基質，和鐵隕石一樣由鐵構成，其中卻鑲嵌著一顆顆晶瑩剔透的橄欖石，如同一塊精緻的糕點。翠綠透明、呈玻璃光澤的橄欖石，和質地厚重、銀光閃耀的鐵基質交相輝映，散發著這種地外物質神秘卻又瑰麗的魅力。
原產於我國新疆地區的阜康隕石，在鐵隕石基質中鑲嵌著一顆顆晶瑩剔透的橄欖石。這類石鐵隕石，來自於另一顆行星地核與地幔的交界處。圖片來源：link2universe.net
然而，它所代表的內涵，要比它的外觀精彩太多。
還是回到地球這個參照物裡，當行星分異過程中大量的鐵沉入地核後，剩餘的一些鐵，連同鎂一起，與矽氧四面體單元結合為一種優勢矽酸鹽，便是上面提到的橄欖石［Olivine, (Mg,Fe)2SiO4］。橄欖石比鐵鎳合金的密度小，只能漂浮在鐵核之上，大量橄欖石和其他附屬物質共同組成一個厚厚的圈層，便是那2700 千米厚的地幔。
人們發現，在地表有一些來源較深的熔巖流、侵入巖，或者沿斷裂高位侵出的蛇紋巖裡，往往摻雜一些零星的「捕虜體」，它的學名叫做方輝橄欖巖（Lherzolite），因為除了主要的橄欖石外，還有輝石（Px, Pyroxene）、尖晶石（Sp, Spinel）以及石榴石（Gt, Garnet），所以也被稱為「四相地幔巖」（Ol+Px+Sp+Gt）。這4種物相的組合在地表及其不穩定。根據實驗推算，它們能夠穩定存在的溫壓條件，只有地幔那種地方才提供得了。再加上它們確實也只見於來源較深的地質體中，因此這些捕虜體，就被視作是深源巖漿往地表上湧時，順道從周圍刮下來的地幔碎片。
正是這個結論，讓人們最終敲死了鐵隕石的來源。既然橄欖石代表著地幔，而鐵鎳合金代表著地核，那麼賦存在石鐵隕石裡的這種橄欖石－鐵鎳合金共存的結構，不正是核幔的邊界層（Core-Mantle Boundary）嗎？石鐵隕石，居然是古老行星核幔邊界層的殘骸。
整理一下這個故事——
當彼時的太陽系還只是混沌的原行星盤時，有一顆古老的原行星已經走過了漫長的吸積過程。它已經具有了足夠的體積，產生了內部結構的分異。如果進一步發展，很可能就可以躋身未來太陽系幾大行星之列。
然而事與願違，在混亂的撞擊中，和多數原行星體一樣，它在互相之間的猛烈撞擊中徹底結束了一生。裂痕從它的表層直接橫貫它的核心，整個身軀都在衝撞中被炸得支離破碎，原本熔融的高溫鐵核碎片，被拋向冰冷的太空，而後瞬間凝固為固體。
這些殘骸，就這樣漫無目的地遊蕩，直到46億年之後，有一天陰錯陽差地與地球邂逅。地球用強大的引力把它俘獲了進來。在與大氣層的摩擦中，它重獲了足以融化自身的溫度——那是它似曾相識的溫度，在46億年前曾經燃燒過的溫度。
然而，頑石終究不可能知道，在這個被當地人稱為第四紀的時間節點上，它其實沒有絲毫再次涅槃成為星球中樞的希望，只不過是一顆轉瞬即逝的火流星，劃下曇花一現的光芒後，在星野攝影師捕的鏡頭裡，在天文臺的監測報告裡，在有幸看到它的人們許願的眼神裡，靜寂在了大地的歸宿。
原行星盤的殘留古卷
在上面那個小故事裡，為什麼一口咬定時間就是46億年前？這是因為，幾乎大部分隕石都誕生於那個時代，或者應該說，46億年這個數值，本身就是隕石告訴我們的。
和地球上的巖石一樣，隕石的礦物晶格裡，同樣封存著各式各樣的「同位素時鐘」。因此，應用盧瑟福－索迪定律，利用熱電離質譜儀（TIMS），利用高分辨離子探針（SHRIMP）——利用所有成熟的同位素測年技術，對隕石做一套同位素分析，就可以推算出它的年齡。人們已經取得了大量樣本，統計發現所有隕石的年齡都主要集中於46億年前後，散點可以往更近的年代偏一偏，但永遠不會超過「4.6億年前」這個標度——就好像一堵無形的牆樹立在這個界限處似的。這堵「時間之牆」，就是整個太陽系在時間上的起點。
除了我們已經介紹過的鐵隕石和石鐵隕石，隕石中含量最豐富的類型，其實是石隕石（Stony meteorite）。石隕石中最主要的類別是球粒隕石（Chondrite），這種由一個個微小的礦物顆粒互相膠結而形成的結構，是原行星盤裡無數小小微塵吸積作用的直觀遺蹟。這些吸積體本身似乎也不太大，自從聚合以來就沒有變化過，至少沒有進一步演化為行星。否則，就要像鐵隕石、石鐵隕石的前身那樣產生重力分異了。
正是「沒有變化過」這5個字，讓研究地球演化的科學家高興壞了。地球的成分從46億年前形成至今，已經發生了翻天覆地的演化（主要是板塊構造＋生物在那兒搗蛋，包括人類）。而那些「沒有變化過」的球粒隕石，恰恰給今天地球上的科學家研究地球巖石圈的演化，提供了最初原點時刻的珍貴樣本。它們就如同被封裝了46億年的時間膠囊，將原始太陽系最初的模樣，原原本本地透露給了我們人類。
用隕石來打造一塊盾牌，是不是有些太暴殄天物了呢？圖片來源：電影《美國隊長2》
這就是隕石，比喻成遊蕩在太空中的原始博物館也不為過。時間上，它陳列著太陽系原點的遺蹟；空間上，它陳列著不可觸及的星球核心；它的「館藏」裡，還有著地球上沒有的新晶體。
現在，你有沒有覺得，把這麼個東西做成盾牌到處折騰，實在有點太暴殄天物了呢？其實，倒完全沒必要這樣想。畢竟，它們可是隕石，是流星燃燒都消化不掉的天體撞擊。人家可從來都沒當過拯救世界的盾，反而是一把足以毀滅世界的矛。
這事兒，白堊紀的恐龍可能有話要說。（編輯：Steed）
美國隊長之盾其實是個超級電容？
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