如何推断出陨石来自于哪个星球？

【陨石的总体分类】

先上两张陨石分类，来自不同的版本，表述方式略有不同，参照阅读有助理解~

↓ Meteorite Classification，改编自 Weisberg et al. (2006)

↓ Krot et al. (2007) Figure 1

陨石分类的方法有很多种，比较常见的的有：

1）按成分

• 石陨石 （绝大多数都是石陨石）
• 铁 - 石陨石
• 铁陨石

2）按结构和质地

• 球粒陨石（Chondrites）
• 非球粒陨石（Nonchondrites 或 Achondrites），进一步分为（知乎是不是不能加子列表？）：

- 原始非球粒陨石 （Primitive Achondrites）

- 经历了热分异的非球粒陨石 （Differentiated Achondrites），目前我们能够识别来源的陨石全部属于这一类

【目前能够识别的陨石来源】

目前能够识别的陨石来源只有：月球陨石、火星陨石（以 SNC 为代表）和 Vesta 陨石（HED），其中 Vesta 陨石依然还有争议。其他的通通不知道！

1. 月球陨石

早在 1970s，阿波罗样本就告诉我们，月球物质有很多迥异于可能来自火星或者小行星的其他陨石的成分特性，如FeO/MnO 比， K/La 比等。这些性质已经可以帮我们进行月球陨石的初步分类和判断。

↓阿波罗样本中的 FeO/MnO 相关性(Laul et al., 1972)

↓ 阿波罗样本中的 K/La 相关性 (Wanke et al. , 1972) 相比于地球和其他岩石（Lunar Meteorite Compendium）

Clayton et al.早在 1976 年就已经基于氧的同位素 18O/16O 和 17O/16O 的比例（数字都是上标）将陨石和行星物质分为六类：1)类地类，包括地球、月球、经历了热分异的陨石和顽辉石球粒陨石(enstatite chondrite)； 2)L 和 LL 型普通球粒陨石； 3)II 型普通球粒陨石； 4)C2, C3 和 C4 型无水碳质球粒陨石(carbonaceous chondrite)； 5) C2 型含水碳质球粒陨石和 6)其他。属于第一类的月球陨石其实已经大致被分出来了。

第一颗被确认的月球陨石是 1981 年于南极洲 Allan Hills 的 Victoria Land 发现的 Allan Hills 81005（后称为ALHA81005）。

（https://www.wikiwand.com/en/Lunar_meteorite）

1983 年 9 月的 Geophysical Research Letters 中一个小专题就叫 A Meteorite From the Moon（Geophysical Research Letters - September 1983 - Volume 10, Issue 9），发表了 19 篇关于月球陨石 ALHA81005 陨石的论文，从各个角度论述了ALHA81005 陨石的特征以及其和阿波罗样品的相似性。

如 Marvin（The discovery and initial characterization of Allan Hills 81005: The first lunar meteorite） 通过 ALHA81005 陨石和阿波罗的陨石样本在矿物学和化学成分方面的相似性认为 ALHA81005 陨石来自月球。

Mayeda et al. （Oxygen and silicon isotopes in ALHA 81005）通过 ALHA81005 陨石和阿波罗的陨石样本在氧和硅同位素成分方面的相似性认为 ALHA81005 陨石来自月球。

1984 年，Yanai et al 用类似的矿物学和化学成分分析，认为日本南极科考团于1979 年在南极发现的陨石 YAMATO 791197 也是月球陨石——于是这颗陨石成为人类目前最早发现的月球陨石。

之后的几十年类似的研究在不断细化，但我们依然无法知道某颗月球陨石是来自月球的具体哪个地方。第一颗被确认具体来源的月球陨石是 2002 年于阿曼发现的Sayh al Uhaymir 169，Gnos et al. 通过该陨石中的多种同位素成分发现该陨石的来源地经历过四次撞击事件分别发生于约 3909Ma，约 2800Ma，约 200Ma 和小于 0.34Ma 年前，然后在约 9700 年前撞击到地球上。通过这些信息，Gnos et al.判断这颗陨石应当来源于月球的 Lalande 撞击坑，这一成果发表于 2014 年 7 月的 Science（http://science.sciencemag.org/content/305/5684/657为什么这个链接形成不了超链接！）。

最后，目前已被识别的月球陨石 list

List of Lunar Meteorites-Feldspathic to Basaltic Order

一句话总结：月球陨石主要是通过陨石和阿波罗采样回来的样品在化学成分、矿物学、质地和节理、同位素斜率等方面的相似性来判断的。

2. 火星陨石

火星陨石的发现思路其实基本差不多。火星陨石的代表 SNC 陨石，是分别于 1865 年降落在印度的 Shergotty，1911 年埃及的 Nakhla，和 1815 年法国的 Chassigny 陨石 , 这三颗陨石代表了三种不同类型的陨石，随后被以这三个地名命名为Shergottites 类，Nakhlites 类 Chassignites 类陨石。早在 1970s 人们就已经发现 SNC 陨石在矿物学成分和氧同位素特征等方面明显自成一类，迥异于其他陨石，认为它们来自同一类母星，加上和维京号着陆器分析的火星岩石样本成分等结果有很大的相似性，这些间接证据都指向 SNC 陨石来自火星。

↓ SNC 陨石（图像均来自维基百科）

直接证据来于 1983 年 Bogard 和 Johnson 发表于 Science 的论文（http://science.sciencemag.org/content/221/4611/651）：他们通过对南极发现的 Elephant Moraine 79001 陨石（Shergottites 类，后简称 EET79001 陨石）中封存的惰性气体同位素分析（主要是 Ar40/Ar36 和 Xe129/Xe132），认为其非常近似于维京号探测到的火星大气中的气体成分，且和其他陨石和星体都不同，这一事实从地球化学角度直接证明了Shergottites 类陨石极有可能来自于火星。

之后各种支持性的证据就没有停过。到 2000 年，Treiman et al。 （The SNC meteorites are from Mars）过对 14 颗 SNC 陨石的研究，认为 SNC 陨石全部来自火星。当然，火星陨石除了 SNC 陨石之外还有其他的，这里按下不表。

2013 年，NASA 报道称好奇号火星车对火星大气中 Ar 的分析也支持地球上发现的某些陨石来自火星（NASA Rover Confirms Mars Origin of Some Meteorites）。

2014 年，Werner et al.发表于 Science 的论文通过矿物学比较和撞击坑定年估计的地表年代以及陨石的形成年代比较认为Shergottite 类陨石来源于火星的 Mojave 撞击坑，并通过放射性元素测定的 Shergottite 类陨石的结晶年代反过来重新给 Mojave 撞击坑的绝对年龄做了标定（http://science.sciencemag.org/content/early/2014/03/05/science.1247282）

目前已经确认的火星陨石 list：

List of Martian Meteorites

Martian Meteorite Compendium Meteorite List

一句话总结：火星陨石主要是通过陨石中封存的惰性气体和维京号在火星上分析的火星气体有相同成分来判断的。

3. Vesta 陨石

随着对陨石的了解日渐深入，人们渐渐发现，地球上的大部分陨石都是来自小行星带甚至更远的外太空（其中一个重要的标准是大部分陨石的年龄都非常老，超过 45 亿年），极少一部分才来自内太阳系——也就是大部分我们依然不知道具体来自哪里。同时，由于我们对小行星带不像月球火星那样有各种丰富的观测资料，既没有月球采样返回的岩石样本，又没有火星的着陆器在地（in-situ）分析数据，我们所知的，主要还是来自天文望远镜以及探测器的遥感观测。

唯一一类月球和火星陨石之外可能知道来源的陨石是 HED 陨石，依然是以其独特的氧同位素成分和矿石中的 Fe/Mn 比例自成一类。HED 陨石是三种非球粒陨石的总称，分别是：

古铜钙无粒陨石（Howardites）
钙长辉长无粒陨石（Eucrites）
古铜无球陨石（Diogenites）

之所以认为 HED 陨石来自 Vesta（灶神星），目前为止的判断标准都非常单一：1）Vesta 有非常独特的光谱特征（因此所有具有这类光谱特征的小行星都被称为V 型小行星），这和其他目前已知的所有小行星都不同，那就是辉石 - 橄榄石（pyroxene-olivine）的光谱在近红外波段有显著的吸收；2）HED 陨石的实验室观测光谱也有同样的吸收。

↓ Vesta 与众不同的光谱特征（相比于 Nysa，Eros，Psyche 和谷神星 Ceres Where Do Meteorites Come From?）

从逻辑上来说，这个标准当然不够有力，毕竟还有那么多那么多没被发现的星体呢，谁知道还能不能找到更像的？但由于 V 型小行星的光谱特征实在太过与众不同，所以以目前现有的观测数据而论，大家虽然对 HED 陨石来自 Vesta 的说法一直持谨慎怀疑态度，但总体来说也算是基本认可的。

1993 年，Binzel and Xu 发表于 Science 的论文（http://science.sciencemag.org/content/260/5105/186），通过望远镜观测光谱类似 Vesta 以及 HED 陨石的 20 颗小行星进行研究，认为这些小行星的轨道特征表明这些小行星全部都曾经是 Vesta 的碎片，也就是说这些光谱和 Vesta 以及 HED 陨石相似的小行星全部来自 Vesta，这些小行星和 HED 陨石一样，是 Vesta 撞击事件中被溅出的碎片。这同时也成为了 HED 陨石来自 Vesta 的间接证据。

↓ 20 颗光谱类似 Vesta 和 HED 陨石的小行星光谱，红色箭头就是 V 型小行星独有的近红外吸收特征，不过这张光谱波长范围比较短，V 型不那么明显。PS：为了方便读者识别谱线特征，这些谱线在纵坐标上都做了一定的平移，并不代表本身的纵坐标值。

↓ Hiroi et al. (1994)中望远镜观测的 Vesta 光谱（正方形）和 HED 陨石的光谱，同样是明显的 V 型吸收波段

随着 Dawn 任务的推进，人们对 Vesta 的光谱特征有了更深更仔细的了解，虽然有研究（Moskovitz et al., 2010）认为 Vesta 的光谱和 HED 光谱在细节上有一定的差异（offset），这种差异可能是两者成分不同造成的，但这种差异同时也可能是由于空间风化引起的，因此依然没有推翻 Vesta 独特的光谱和 HED 陨石光谱的相似性。

一句话总结：HED 陨石是通过实验室测得的陨石光谱和 Vesta 的遥感光谱相似来判断的，但是还有争议。

【地球上已经发现了多少陨石？】

据陨石数据库（Meteoritical Bulletin: Search the Database）截止到目前 2016 年 10 月的数据，从 1970s 开始，人类已经确认发现了54884 颗陨石（加上一些疑似的陨石还会更多一些），几乎所有的陨石都是在沙漠发现的（以降水量作为沙漠的判断标志的话，南极也是沙漠）。

其中 265 颗已识别为月球陨石。

179 颗已被识别为火星陨石。

以及 1778 颗已被识别为 HED 陨石（可能的灶神星陨石）。

也就是说虽然我们已经发现了五万多颗陨石，但用尽洪荒之力真正能勉强算的上能够识别来源的陨石不过两千多颗。

大写的心累！

【参考文献】

• Weisberg, M. K., McCoy, T. J., & Krot, A. N. (2006). Systematics and evaluation of meteorite classification. Meteorites and the early solar system II,19.
• Krot, A.N., Keil, K., Scott, E.R.D., Goodrich, C.A., Weisberg, M.K. (2007). "1.05 Classification of Meteorites". In Holland, Heinrich D.; Turekian, Karl K. Treatise on Geochemistry. 1. Elsevier Ltd. pp. 83–128. doi:10.1016/B0-08-043751-6/01062-8. ISBN978-0-08-043751-4.
• Laul, J. C., Wakita, H., Showalter, D. L., Boynton, W. V., & Schmitt, R. A. (1972). Bulk, rare earth, and other trace elements in Apollo 14 and 15 and Luna 16 samples. In Lunar and Planetary Science Conference Proceedings (Vol. 3, p. 1181).
• Wänke, H., Baddenhausen, H., Balacescu, A., Teschke, F., Spettel, B., Dreibus, G., ... & Begemann, F. (1972). Multielement analyses of lunar samples and some implications of the results. In Lunar and Planetary Science Conference Proceedings (Vol. 3, p. 1251).
• Clayton, R. N., Onuma, N., & Mayeda, T. K. (1976). A classification of meteorites based on oxygen isotopes. Earth and Planetary Science Letters,30(1), 10-18.
• Marvin, U. B. (1983). The discovery and initial characterization of Allan Hills 81005: The first lunar meteorite. Geophysical Research Letters, 10(9), 775-778.
• Mayeda, T. K., Clayton, R. N., & Molini‐Velsko, C. A. (1983). Oxygen and silicon isotopes in ALHA 81005. Geophysical Research Letters, 10(9), 799-800.
• Yanai, K., & Kojima, H. (1984). Yamato-791197: A lunar meteorite in the Japanese collection of Antarctic meteorites. Memoirs of National Institute of Polar Research. Special issue, 35, 18-34.
• Gnos, E., Hofmann, B. A., Al-Kathiri, A., Lorenzetti, S., Eugster, O., Whitehouse, M. J., ... & Krähenbühl, U. (2004). Pinpointing the source of a lunar meteorite: implications for the evolution of the Moon. Science, 305(5684), 657-659.
• Bogard, D. D., & Johnson, P. (1983). Martian gases in an Antarctic meteorite?.Science, 221(4611), 651-654.
• Treiman, A. H., Gleason, J. D., & Bogard, D. D. (2000). The SNC meteorites are from Mars. Planetary and Space Science, 48(12), 1213-1230.
• Werner, S. C., Ody, A., & Poulet, F. (2014). The source crater of martian shergottite meteorites. Science, 343(6177), 1343-1346.
• Binzel, R. P., & Xu, S. (1993). Chips off of asteroid 4 Vesta: Evidence for the parent body of basaltic achondrite meteorites. Science, 260(5105), 186-191.
• Hiroi, T., Pieters, C. M., & Takeda, H. (1994). Grain size of the surface regolith of asteroid 4 Vesta estimated from its reflectance spectrum in comparison with HED meteorites. Meteoritics, 29(3), 394-396.
• Moskovitz, N. A., Willman, M., Burbine, T. H., Binzel, R. P., & Bus, S. J. (2010). A spectroscopic comparison of HED meteorites and V-type asteroids in the inner main belt. Icarus, 208(2), 773-788.