美國之旅札記:巴林傑隕石坑的蘊意

沈建林

新疆油田公司教授級高級工程師，現年63歲，已退休。

因多年來一直關注隕石坑地質學的研究進展，2018年4月專程前往參觀了巴林傑隕石坑，了卻心中多年願望。為此將歷年收集的資料進行整理而成就本文，期望能有助於相關知識的普及。

2018年5月22日於新疆克拉瑪依

    

是地球上第一個被確認的隕石撞擊坑，海拔高度1740米。從拉斯維加斯到巴林傑隕石坑的距離為470千米（圖1）。由於其地貌與月球表面的環形山非常相像（圖2、圖3），因此在20世紀60年代被NASA用作登月太空人的培訓場地。

圖1 巴林傑隕石坑（Barringer Crater）位置示意圖

圖2 巴林傑隕石坑（Barringer Crater）航拍圖

圖3 巴林傑隕石坑（Barringer Crater）近景

一顆直徑約50米、重達30萬噸的小行星高速衝進地球大氣層，撞擊了如今美國亞利桑那州的荒漠。釋放的能量據認為是廣島原子彈爆炸的150倍，形成這一著名的隕石坑。目前該隕石坑的直徑為1186米，深170米。美國礦物學家艾伯特·富特博士（Albert E. Foote）和地質學家格羅夫·卡爾·吉爾伯特（Grover Karl Gilbert）對這個大坑先後進行了研究，發現了上千塊小隕石。吉爾伯特通過實驗，認為可能是地下火山蒸汽爆炸的產物。受此結論影響，這個大坑普遍被認為是一個死火山口。事實上在這個大坑西北方向64km處，確實存在一個火山區，即San Francisco volcanic field。地質學家丹尼爾·莫羅·巴林傑（Daniel Moreau Barringer，1860-1929）得知此事後，也對這個大坑進行了研究。他堅信這是一個大隕石撞擊的結果，因為坑內沒有火山活動的跡象，卻在坑的附近找到了大量的鐵隕石碎塊。1906年，巴林傑發表了此坑為隕石撞擊成因的論文。

既然是鐵隕石撞擊，那麼在大坑的深處就可能埋藏著它的主體，一旦發現肯定具有很大的商業價值。因此巴林傑與合伙人霍辛格（S.F. Holsinger）等成立了標準鋼鐵公司（Standard Iron Company），買下這片土地進行勘探。霍辛格很快就發現了一塊重達639千克的鐵隕石。勘探伊始就獲得成果很是鼓舞人心，隨即對隕石坑開展了大量鑽探，最深的鑽孔達419米。但歷經20多年也沒有找到那顆預想中的巨大鐵隕石。當時天文學家福雷斯特·雷·莫爾頓（Forest Ray Moulton）進行了隕石撞擊能量的計算，結論是這顆隕石的主要部分已在撞擊過程中氣化了。

巴林傑於1929年11月30日因心臟病去世。他為鑽探隕石坑花費了60萬美金，由於沒有產生回報而幾乎破產。巴林傑的妻子和8個孩子成立了巴林傑隕石坑公司（Barringer Crater Company），對該隕石坑經營管理至今。

作為熱門旅遊景點，目前巴林傑隕石坑每年吸引全世界20萬遊客前往。這裡同時也是一個絕佳的科普場所，除了可以一睹巨大的環形隕石坑和巴林傑曾經的鑽探遺蹟之外，在展廳中還可以參觀隕石實物、了解小行星和彗星的運動規律，獲知地球上著名的隕石撞擊事件及相關知識等。

尤金·蘇梅克（Eugene Shoemaker）為了他在普林斯頓大學的博士學位而對巴林傑隕石坑的撞擊動力機制進行了研究。發現巴林傑隕石坑與美國地下核試驗場的地貌驚人一致，比如兩者的巖層都在巨大的衝擊下發生了翻轉等。他和美籍華裔地質學家趙景德在隕石坑中相繼找到了最關鍵的撞擊證據柯石英（coesite）和斯石英（stishovite），分別於1960年和1962年發表了論文。這兩種石英礦物只在含石英的巖石被瞬間超高壓衝擊過程中才能出現，不可能由火山作用產生。目前唯一已知的可以天然產生這些礦物的機制就是衝擊事件，或者是通過人為的核爆炸。由此確鑿地證明巴林傑隕石坑就是隕石撞擊形成。從1891年初次研究巴林傑隕石坑，到最終毫無疑問地確定它就是天外隕石撞擊成因，經歷了70年的時間。蘇梅克夫婦與大衛·利維（David H. Levy）在加利福尼亞帕洛馬山天文臺發現蘇梅克－利維9號彗星（Shoemaker-Levy 9）。這是他們合作發現的第9顆彗星。這顆彗星以11年左右的周期繞太陽運動。當它在1992年7月8日離木星最近時，其彗核被木星引力拉碎成21塊，變為繞木星運動。天文學家經過計算，成功預測出這顆彗星將於1994年7月17日至22日撞擊木星。這是人類首次直接觀測到太陽系內的星體撞擊事件。21個彗星碎塊以每秒60千米的速度先後撞擊木星背向地球一面南緯約44°的地方，最大的一塊直徑約35千米。整個撞擊過程中釋放出的能量相當於10億顆廣島原子彈爆炸產生的能量。撞擊發生時觀測到閃光現象，之後在木星大氣中形成巨大的黑斑（圖4）。其中最大的黑斑直徑達到3萬千米，是地球直徑的兩倍多。 

這次天體撞擊事件的實況觀測，在天文學史上留下了輝煌的一頁。也使全世界的科學家和一些大國政府認識到，彗星和小行星撞擊地球的可能性是存在的，由此可能會帶來毀滅人類的災難。因此非常有必要密切觀測小行星和彗星的運行軌道，必要時採取斷然措施使之偏離原有軌道避免撞向地球。

圖4 1994年7月彗星碎塊撞擊木星產生的黑斑

蘇梅克本人也是登月太空人的候選者，有可能成為登月地質學家第一人。但因體檢未通過而不能如願，改為負責在巴林傑隕石坑培訓登月太空人。蘇梅克對巴林傑隕石坑的研究方法和發現的關鍵證據為鑑定隕石撞擊坑提供了範例。從此以後，在世界範圍內研究隕石坑的工作普遍展開，至2017年在全球範圍內已經確認了190個隕石坑。

蘇梅克獲得隕石撞擊坑研究的巴林傑獎及美國天文學會的傑拉德·柯伊伯獎，1992年獲得美國國家科學獎章。很不幸的是，1997年7月18日，蘇梅克在澳大利亞探尋隕石坑的過程中因車禍去世，時年69歲。1999年7月31日，蘇梅克的部分骨灰由月球勘探者號（Lunar Prospector）飛船送上月球，他是至今唯一葬在月球上的人。裝載他骨灰的容器表面，刻著海爾-波普彗星（蘇梅克夫婦共同觀測的最後一顆彗星）和巴林傑隕石坑的圖像。

[1]  劉強.地球上的隕石坑. 微信公眾號：中科院地質地球所，2017-10-16.

[2]  陳鳴.岫巖隕石坑星球撞擊遺蹟. 北京：科學出版社，2016.

[3]  沃爾特·阿爾瓦雷斯.霸王龍和隕星坑——天體撞擊如何導致物種滅絕. 馬星垣，車寶印，譯. 上海：科技教育出版社，2001.

[4]  張傳績.塔裡木盆地的古隕石坑.新疆石油地質, 1997,18（1）:38～39.

作       者：沈建林

美術編輯：張亞男

校       對：陶   琴  

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