探索宇宙(宣讲家文稿：探索宇宙 逐梦太空)

陈征：我们今天的主角是来自太空的礼物——陨石。陨石对很多朋友来讲，既熟悉又陌生。熟悉在哪？在名字，我们很小就听过这个名字，但是到底陨石背后有什么学问？今天，我们和从事相关工作的老师们一起了解一下，陨石本身是什么？它携带了哪些信息？我们现在看到一块陨石，首先我怎么知道它是个陨石，陨石到底是怎么区分或者鉴定的？

陈宏毅：我们怎么判断陨石？首先，我们要了解陨石的来源与特征。陨石绝大多数来自深空的小行星带，位置可能比火星还要遥远。它来到地球上的速度是非常快的，几乎和地球绕着太阳公转的速度差不多。如果和地球正面相撞，它的速度可以达到每秒钟几十公里，比我们发射火箭的速度要快多了。地球的外面被厚厚的大气层包围着，大气层一定会和陨石发生相互作用。所以，我们判断陨石主要依据四类特征：一是熔壳、熔融体或熔蚀坑；二是熔流线；三是冲击气印；四是收缩裂隙。这些特征都是陨石和地球大气层相互作用所留下的典型痕迹。其中，熔壳是一层非常薄的玻璃质，大概只有0.2毫米厚。我们在地球上看到其他类似的黑色物质并不是真的熔壳，而是一种风化壳或结壳。熔流线是表面熔化的一层玻璃质，是陨石在大气层中飞行时受到气浪的作用所留下来的痕迹。冲击气印是陨石受到与大气表面的不均衡作用所留下来的痕迹。收缩裂隙是陨石在热胀冷缩作用下产生开裂形成的类似龟裂纹的结构。在这四个“症状性”指标中，能够在判断陨石中起到重要作用的是熔壳和熔流线，即证明这块石头不是地球上的，而是从外太空以极高的速度掉落到地球上的，也就可以证明其是陨石。

此外，我们还可以通过一些难以用肉眼观察到的特征来判断陨石，比如：大部分球粒陨石都具有球粒结构的特征，也有一部分不具有球粒结构的球粒陨石；由于含有金属，一般陨石的比重都比较大，哪怕是一块小小的陨石也是很重的；在沙漠里寻找陨石的“陨石猎人”也常常用锈迹来作为判断陨石的重要指标，因为有些陨石长时间和水蒸气接触，其中的金属容易生锈，形成深褐色的锈迹；陨石在大气层里会发生爆裂，形成一些直角状的冲击破裂面；陨石含有一些金属，可以被磁铁所吸引。

我们在偏光显微镜下观察球粒陨石，可以看到很多漂亮的球粒。这些球粒是怎么形成的呢？太阳星云凝聚之后，陨石由于撞击、放热会发生部分熔化，熔化后的小液滴迅速地结晶，之后就形成了这样的橄榄石、灰石，进而形成了由这两种矿物构成的圆圆的小球。如果这些小液滴在地球上，会不会形成球粒呢？是不会的，因为地球上有重力。在重力的作用下，结晶之后的物质总是下沉的，也就不可能形成圆形球粒了。如果在太空中，没有重力的条件下，比如在我们的空间站里，结晶之后的物质就很容易形成球粒的结构。再比如，来自月球的陨石，如果不看一些黑色的冲击暗化的部分，那么与地球上的玄武岩没有太大区别，都是由灰石和残石构成的。

我参加过中国第32次南极科学考察，主要任务是寻找陨石。我国在南极已经找到了12000多块陨石，其中有2块来自火星的陨石，但是还从来没有发现过月球陨石。当时，我们找到第一块南极月球陨石的时候，并不知道它来自月球，甚至不能肯定是不是陨石，因为它长的样子和我们平时脑海里常见的陨石实在是差别太大了，既没有上述那些特征，也没有熔壳、熔流线、冲击气印。我拿小刀在表面上划了一下，用放大镜看，只发现外面黑色的一层是一种很硬的玻璃，里面含有很多角砾，这都不能够说明它是来自月球的陨石。带回来之后，我们把它放到中国极地中心的库房里，一放就是八年，也没有引起重视。直到最近在分类时，我们把它切成片子，用电子探针测成分，才发现了其中富镁的斜长岩质角砾，从而确定了它是陨石且来自月球，这也为我们对月球陨石的发现工作提供了经验。同时，这也告诉我们一个道理，那就是对于我们的知识储备来说，一切皆有可能。我想，随着未来知识储备的增加，我们将在我国的沙漠戈壁滩上找到更多来自月球和火星的陨石。

陈征：下面，我想我们还是需要对陨石有一个大概宏观、整体的概念，比如陨石有哪些类型，其分类是按照来源、材料还是某种性质？希望您能简单给大家讲一讲陨石大致有哪些类型以及它们的区别。

陈宏毅：陨石的类型划分有三个不同的分别标准：一是按照物质组成分为铁陨石、石铁陨石、石陨石，这是我们前人早在一两百年前的划分方法，也是最直观的方法，比如一看就是石头是石陨石、居于石铁中间的是石铁陨石；二是按照是否目击分为降落型陨石、发现型陨石，目击降落不仅包括我们眼睛看见一块火球从天而降，还包括地球上的摄像头、照相机、行车记录仪等拍摄到，但是绝大多数陨石都是发现型陨石，即不知道什么时候掉下来，由科学家或“陨石猎人”找出来的；三是按照成因分为球粒陨石、无球粒陨石。

中国广西南丹县的县志就记载了一起明朝末年的陨石目击事件。事件中的陨石就是典型的铁陨石，具有典型的纵横交错结构。这样的结构也是目前区分陨石和人工合成物质的重要标志，即维斯台登结构或维斯台登花纹，常见于六面体的铁陨石中，而八面体的铁陨石具有纽曼线这一结构特征。

我国国家天文台赠送给杨振宁先生的一块陨石则属于石铁陨石，也称橄榄陨铁，是非常漂亮的。这种陨石大体上的形成位置，相当于地球上的地核和地幔交界部位。因为地球的最内部是由铁镍金属构成的，地幔深处主要就是橄榄石，所以我们也称这种石铁陨石为橄榄陨铁。

因为铁陨石之间的差异很大，来自不同的小行星母体，成分也各不相同，所以我们在铁陨石中还可以进一步划分为很多种不同类型的陨石，比如根据成分不同来划分，也就是微量元素的含量，还可以根据结构来划分，也就是六面体、八面体等。

截至2023年4月，全球目击坠落且收到陨石样品的记载共有1357次，我们在国际陨石网站上申报的陨石总量有7万多块，目击降落的陨石占比不到2%。从全球目击降落陨石的分布情况来看，密度最大的是在北美，也就是人口密度较大、经济发展水平较高的地方。但从全球观察到火流星的均匀分布情况来看，陨石降落在全球每个地方的概率其实是基本一致的。

关于发现型陨石，全球能够找到最多陨石的地方主要有两个，都是环境非常极端的地方：一个是非常寒冷干燥的南极大陆，其陨石和全球其他地方的陨石完全不一样，可以被称为真正的陨石矿，陨石富集且会随着冰盖移动；另一个是沙漠戈壁区，也具有一定的富集条件，但沙漠戈壁的陨石是没有移动条件的，所以也很难被发现。至于其他地区，如城市，我们是有可能在其中发现铁陨石的，只是概率很低。但是，如果一块石陨石掉落在人口活动密集的地方或森林里，可能在相对较短的时间内就风化了。

按照成因分类陨石，我们可以将之分为两个大类，球粒陨石和无球粒陨石。这两大类代表了两种不同的起源：球粒陨石，即在46亿年前的太阳星云慢慢凝聚时产生了部分熔融，出现小液滴，再由结晶形成球粒，代表了太阳系比较原始的物质；无球粒陨石就像地球上的岩石一样，来自母体比较大的小行星，即球粒会聚集在一起产生完全熔融，集聚的能量能够形成一个全球性的岩浆海洋，在全部熔融之后又开始产生核、幔、壳的分异，而后矿物又重新结晶、组合形成岩石，进而形成整个物质世界。其中，球粒陨石按照不同的类型又可以分为普通球粒陨石、碳质球粒陨石、顽辉石球粒陨石等类型；无球粒陨石按照起源不同也可以分为火星陨石、月球陨石以及其他小行星陨石等。我们现在能够明确知道陨石来源的只有月球陨石和火星陨石，以及模棱两可的灶神星陨石。

陈征：下一个问题，我们想请陈老师跟大家简单分享一下，到哪里可以找到陨石？

陈宏毅：我们前面说了，陨石掉在全球每个地方的概率是一样的，也可能会掉在我们的家里、办公室里。比如，2008年河北遵化有个女主人在里屋睡觉，陨石直接砸在了客厅的沙发上；2018年儿童节时，陨石掉在了西双版纳曼桂村里的牛棚里、甘蔗田里以及一处神龛上，但却没有砸坏什么东西，因为陨石掉在地面上的速度经过大气层的减速后已经不是太快了，也就是不至于造成冲击波等灾难。所以，陨石掉在生活范围之内的可能性是有的，只是这种概率太低了。那么，我们要去哪里寻找陨石呢？主要就是两个地方，南极与沙漠戈壁区，比如我国新疆、内蒙古、青海、甘肃的一些戈壁滩上。

陈征：那么，我们为什么要研究陨石，或者说我国科学家通过陨石发现了什么？您能简单和我们分享一下吗？

陈宏毅：我就讲一下陨石到底有什么用，举几个典型的例子。1969年，我们的世界发生了三件大事：一是美国的阿波罗登月，从1969年到1972年，先后有12名宇航员登上了月球，其中阿姆斯特朗留下了名言——这是我个人的一小步，却是全人类的一大步。二是日本科学考察队在南极找到了陨石，发现了南极富集陨石的规律。三是科学家在默奇森陨石中找到了大量的组成生命的有机物，他们认为地球上的生命可能起源于外太空。

1984年，美国科学考察队在南极找到了一块来自火星的陨石。1997年的时候，他们对这块陨石进行了分类、研究，结果号称在陨石里面找到了细菌化石。很多科学家提出质疑，认为发现的只是结晶物，或者是被实验室污染的结果。直到2011年，人们在摩洛哥目击了陨石，经研究发现也来自火星，这也为探究火星生命提供了机会。火星探测最重要的目标就是找到火星是否有生命存在的痕迹，我国科学家团队在分析这块火星陨石的碳同位素组成时发现，其中的碳同位素组成属于有机碳，也就是类似于地球上的煤炭、沥青，这也成为目前人类最接近火星生命的探索。

陨石对于我们了解地球，也具有一定的意义。比如，科学家通过研究巴林杰陨石坑中的陨石，通过测定其年龄，从而得到了目前已知的地球最精确年龄。那么，我们为什么不能用地球上的岩石年龄来计算地球的年龄？因为地球在形成之后又经历了板块作用、岩浆作用、重熔再生等各种作用，已经面目全非了，最开始形成的痕迹也已经找不到了。

此外，生活在地球上人类，可谓“上天容易入地难”。苏联曾经打了一个很深的钻孔，最多也就12公里，连地球的表层都没钻穿。所以，要想知道地球内部的物质组成，就要用到陨石。不同类型的陨石代表了地球不同层位的成分，陨石里的超高压矿物也为我们研究地球生物物质组成提供了线索。

陈征：谢谢陈老师的分享。刚才陈老师提到，我们今天发现的明确来源的陨石大多都来自月球和火星。月球和火星正好是贾老师探索的地方。那么，月球陨石和火星陨石与我们今天的空间探索有没有发生过联系？

贾阳：之所以知道它是月球陨石或火星陨石，就是因为我们派出了探测器到那里进行探测，知道了月球、火星具有什么样的性状和特点，才能够判断出来月球陨石、火星陨石的来源。之所以我们还不能为其他陨石定源，就是因为我们还没派出探测器到其他星球进行探测。

陈征：这些年，人类对宇宙的探索距离还是非常有限的，最远的旅行者号探测器也还远远没有飞到从太阳到比邻星的一半远。我们人类比较熟悉的还是月球和火星，最近我国科学家还在月球上发现了一种矿物——嫦娥石。那么，嫦娥石到底是什么？

陈宏毅：嫦娥石是我们在嫦娥五号月球探测器携带的月壤中发现的一种很小的矿物，可能只有几十微米大小，是柱状的晶体，产于月壤的玄武岩中。发现嫦娥石的意义主要有二：一是从文化意义上说，我们给它取名为嫦娥，是为月球的矿物家族增加了中国的文化符号；二是通过进一步研究其成因，我们可以知道其结晶形成是否需要月球那样特殊的高真空、高辐射环境。

陈征：谢谢，我们再请贾老师分享一下探月探火的故事。

贾阳：我自己的工作就是造车，包括月球车、火星车。月球车、火星车算是航天器中比较特殊的，虽然美国和苏联也有月球车和火星车，但是全世界同时做月球车和火星车相关工作的就我们这一个团队，这也非常值得我们骄傲。

具体怎样造车，第一步是讨论要去的地方，也就是无论月球还是火星，究竟是一个什么样的环境，这是非常重要的。比如，我们做月球探测，首先要了解月球的温度，月球的一天相当于地球的一个月，其中中午大概是90℃、晚上大概是-190℃，有着300℃的温差；火星相对好一点，一天有着100℃的温差。克服温差就是我们要应对的环境上的考验。第二步就是为探测车装备各种设备，比如探测矿物成分的设备、探测土壤深度与分层的设备以及探测磁场、气温、气压、风向、风速的设备等。在探测火星的过程中，我们还加入了一个新项目，那就是要把火星的声音弄回来，听一听太空的声音。

具体工作的展开，第一步就是做设计，先做画图的工作。第二步是把探测车做出来，但是做出来还不足以送到月球或火星，因为其他行星和太空的环境是很苛刻的，在上面又得不到救援，所以我们必须在地面上进行充分的考核。比如，我们的火星车就在北京的航天城里进行过爬坡的实验，即验证火星车能爬的最大坡度是多少。此外，我们还要进行关于重力、太阳光等的模拟。比如，月球的重力是地球的1/6，火星的重力是地球的约1/3，如果在地球上做实验，这个车是很重的，要靠吊起来不断移动。太阳的模拟主要是可见光和红外两种能量，模拟的是太阳的20%，仅此室内温度就已达到50℃。我们还在地面上进行了月球、火星土壤的模拟，即利用地球上的火山岩来仿造月球、火星的土壤。在经过一系列验证之后，我们才有信心把探测器送往月球、火星。

陈征：我们这些航天工程师面临的主要挑战是那些难以想象的苛刻、极端环境和条件，但贾老师刚才的分享却非常通俗、接地气。下面，我们请贾老师再给我们比较系统地分享一下我国探月、探火的主要工作、目标与成就。

贾阳：东方红一号是中国人航天的标志起始点。自此，我国开启了航天的新时代，即从东方红一号的歌曲，一步步开始了逐渐实用化的发展。这一发展主要有三大类：第一类是卫星，一是通讯，这也是最重要的，通讯卫星在远程上解决了信号传输的问题，比如在体育赛事的转播上不再需要租借国外的转发器；二是气象，现在我们看下手机就能知道一段时间内的天气，而且天气预报也越来越准确了；三是遥感，哪怕是在民用方面也发展到了很高的水平。第二类是飞船，从杨利伟到现在的空间站，我们的航天工作得到了长足发展，也得到了举世关注。第三类是往更远的地方走，比如我们提到的月球和火星。

我国于2007年首发了绕月卫星——嫦娥一号，后来又有了嫦娥二号，在一号的基础上绕月飞得更近了，也看得更清楚了，甚至还在完成工作后跑到更远的地方和其他小行星进行交汇。我们下一个目标就不再是绕月飞行了，而是要落到月球的表面上去。这个着陆的月球车就是我们团队的作品，即玉兔号。后来，嫦娥四号又去了月球背面，带着我们的第二辆车——玉兔二号。这是我们人类首次到月球的背面去，首次不是那么容易的事情。后来，我们又有了嫦娥五号，嫦娥石就是利用它带回来的土壤发现的。再往后，嫦娥六号还将去月球，很可能还是月球的背面，实现人类首次带回月球背面的样品。未来，嫦娥七号将去往月球的南极，探测终日不见阳光的月球南极陨石坑，为进一步的发展做准备。

除了月球，我们的主要目标就是火星了。相对而言，我国去火星是比较晚的，也策划了各种各样的方式，最容易的是像嫦娥一号一样发射一个围绕火星的卫星。但后来，我们提出了绕、落两步并作一步走的方式，所以天问一号的任务就变成了绕、落、寻。天问一号于2020年发射，直到2021年才抵达火星，然后开始绕着火星飞行，在进一步确认着陆点后才在与中国桂林相同经纬度的火星着陆点着陆。祝融号火星探测器行进了1921米，现在进入了休眠状态。尽管我们期盼着它苏醒，但其实概率已经越来越小了。

陈征：最后，我们请贾老师简单介绍一下您所了解的探月探火航天器。

贾阳：就说说祝融号火星车吧。在做设计的时候，我们刚开始还采用的是比较传统的想法，后来又努力进行了美化。也就是说，在设计月球车时，我心里的目标还只是功能强大，等到设计火星车时，我给自己的目标做了一个提升，那就是不但功能强大，而且漂亮。这个漂亮在我心里的权重还是很高的。

祝融号有四片太阳翼，我们努力把它打造成了蝴蝶的形状。在整车的设计过程中，两个圆柱形设备对应的是蝴蝶的复眼，向前伸展的两根绿色天线对应的是蝴蝶的触角，四片太阳能电池板对应的是蝴蝶的翅膀。

我们的火星车不仅形状上漂亮，还有着强大的功能。六个车轮有各种各样的变形，去到火星的时候就像螃蟹一样是趴着的，到了火星之后就能够站起身来开始工作。六个车轮可以都偏转一定的角度，甚至可以像螃蟹一样横着走，比如在遇到前方障碍时不需要走弧线，而是可以直角转弯、横着走，同时也不像月球车那样爬20°的坡就比较费劲了，而是可以把轮子调整成45°形成六道车辙进行爬坡，此外还可以像虫子一样蠕动，即前轮往前走时中、后轮先不动，过程中车身下降，接下来前轮不动，中、后轮往前走，过程中车身升高，周而复始进行循环。尽管这是一个效率很低的运动方式，但好处是更容易脱困，即使六个车轮全部被沙子埋住也可以自行脱困。所以，在没有救援的前提下，祝融号采取的是工作效率低却安全的方式。如果其中一个轮子损坏，将会被收起、离地，另外五个轮子继续往前走。

火星是有大气的，也就会带来很多尘土的堆积。这次祝融号没有醒过来，很有可能就是太阳能电池板上积累灰尘的情况在原来一年的程度上增加了40%，哪怕等到阳光最强的时候也不足以唤醒了。我们其实还给它设计了一个本领，就是仿照夏天的荷叶，被微风一吹就把其上的水珠摇落了。祝融号的太阳能电池片上也有类似的结构，本质上是一种微观的像针一样的东西。灰尘不是死死地落在太阳能电池板上的，而是落在这个针床上，等到太阳能电池板转动时就能够甩落灰尘。但是，这个功能并没有帮助祝融号苏醒，主要是祝融号把太阳能电池板展平后全系统断电了，灰尘落在上面也没有办法。

我们还为祝融号穿上了一件“棉袄”，也就是气凝胶。这种材料具有两个特点：一是很轻，哪怕是放到花瓣上也不会导致变形；二是隔热，哪怕是用高温烧它，隔着材料的鲜花也不会枯萎。祝融号在火星上的工作是路途遥远的，在遇到特殊情况时是无法实现及时联络的，所以我们需要祝融号能够自行决定能源的使用情况。比如，今天能源充沛、周围情况很好，就全额完成工作，如果能源不足就偷点懒，如果能源严重不足就直接“睡觉”，这都是由祝融号自行决定的。以上，就是祝融号的主要本领。

陈征：非常感谢贾老师！我们从贾老师的生动讲述中，就能体会到航天事业每一步都非常艰难，我们还有很多具体的工作要做。今天，特别感谢二位老师和现场朋友们的陪伴，再见！

作者：贾阳 中国航天科技集团五院月球及火星探测器副总设计师；陈宏毅 桂林理工大学地质博物馆副馆长；陈征 北京交通大学理学院副教授