流星和陨石

天空中出现的壮丽光亮，源自太空中飞过的尘埃或卵石，浪漫而神秘。

当我在科罗拉多州大章克辛附近的沙漠观光时，有人借给我一副夜视眼镜，这让我非常高兴。这种特别设计的眼镜非常强大，能使光增强很多倍，通常对人眼来说太暗的东西也可以被看到，因此美国法律禁止将它们出口。军方用这些眼镜找寻敌军，而山民则用它们来寻找夜行动物。

我对那些功用没有兴趣，我只想利用它来观察天空，希望看到一些不用辅助手段永远也注意不到的暗弱天体。在晴朗的夜空中，最吸引我的就是在大气中频繁出现的流星。在仅仅几分钟的时间里，有大概5～10颗流星在我的视野里飞驰而过。我很幸运，因为我看向天空的时候正好有一场流星雨，闪光经过视野的频率比平时更多。然而，即使没有流星雨来增强频率，微小的沙粒也总是在大气层中持续燃烧。

这些尘埃粒子造成的流星让人特别激动。天空中出现的壮丽光亮，源自太空中飞过的尘埃或卵石，浪漫而神秘。当然，前提是它们不会冲到地面——没人愿意被高速坠落的石头砸中，且我们也肯定不希望有大石头砸中地球。幸运的是，虽然在极少数情况下一些大个头会击中或靠近地球而造成伤害，但大多数靠近地球的物体并不值得担忧。每天有上百万的小流星体，携带大约有50吨的天外物质进入地球的大气层，然而我们并没有受到什么明显影响。

第一部分以暗物质和整个宇宙为重点，只在最后简略介绍了银河系和太阳系；第二部分将集中讲述太阳系，尤其是可能与暗物质盘的存在相关的东西。这一部分将探索能够到达地球或者地球附近的天体，以及已经对地球生物造成关键影响的天文现象。本章讨论行星、小行星、流星、流星体、陨石以及各种容易混淆、不断变化的天文术语。第7章将转向另一种地球束缚轨道天体——彗星，及其“前身”所处的太阳系的更远地带。

我和我的合作者大多是理论物理学家，这意味着我们研究的是基本粒子（即组成物质的基本成分）的性质。而天文学家主要研究天空中最大的物体，他们考察这些东西是什么，以及它们是如何由基本物质合并而成，并演化成今日之貌。众所周知，粒子物理学家总是在创造一些新奇的术语，或者用人名来命名尚未被发现的、有些纯粹是假想的对象，比如“夸克”“希格斯玻色子”“轴子”。和大多数天文学名字相比（它们经常被粒子物理学家笑话），我们的命名系统就显得非常有条理。天文学命名要考虑历史背景，而不是基于已知科学的解释说明。现在的天文学命名惯例和计量单位是非常晦涩并且不直观的。那些术语通常和事物发现时的已知知识或者仅仅是猜测的东西相关，而与人们目前对事物的理解无关。

例如，你可能以为星族I指的是宇宙中的第一代恒星，但星族I被用于指代一种稍后形成的恒星，星族II被用于指代另外一种。而当一种短暂存在的最早期形成的恒星被提出时，它们被叫作星族III。另一个同样令人混淆的例子是“行星状星云”这个称呼，它是红巨星演化的最终阶段，与行星一点关系都没有。这个让人困惑的名字起源于18世纪末期，天文学家威廉·赫舍尔（William Herschel）在望远镜里第一次看到这类天体的时候，误认为是行星^[10]，所以将其命名为行星状星云。

天体物理中有一些让人困惑不已的术语。人类在长达几个世纪的时间里一直进行天文学观测，并依据当时的观测得到结论，同时给出命名。而要在很久以后，能够正确解释这些术语本质的理论才会出现。只在极少数情况下，在一开始就有人理解了全部图像，但通常都是在一段时间之后才出现的。因为没有更好的理解，命名不可能建立在正确有条理的原则之上。

对行星、小行星和流星的术语命名也不例外。最初的分类非常宽泛，包含非常多不同类型的对象。只有从新天体的发现表明最初的命名不恰当之后，人们才意识到这个问题。虽然如此，最初的命名通常都会保留下来，不过具体的定义会随着时间发生改变。我总是对更改名字很谨慎。在商业或者政治活动中，改变称谓经常被用来转移对真正问题的注意力。然而，大多数天文术语的演化反映了真实的科学进步。目前，术语所代表内容的扩大是一个令人激动的现象，反映了我们对太阳系的理解取得的重大进步。

最开始，“行星”这个术语是被广泛应用的。当古希腊人第一次发明这个词时，他们并不清楚天空中大多数物体之间的区别。当时的科学家需要更加精密的测量工具，才有可能了解到天空中看上去一样光亮的点是不一样的。有一件事情希腊天文学家可以观测到，那就是有些天体是在运动的，因此他们造出了一个单独的词“asters planetai”（游走的恒星）来称呼它们。但是最初的定义不仅包括行星，还包括太阳和月亮。

后续的发现要求使用更精确的术语。虽然起初含义广泛，但随着时间推移，“行星”这个术语变得越来越严格。它的意思一开始是指肉眼可见的五大行星（不包括地球，在以地球为中心的模型中地球算不上行星），后来也包括其他由望远镜发现的行星。

现在我们知道，行星是在太阳诞生之后形成的。尘埃颗粒不断地积聚当时与之碰撞的大量物质，然后增长到与今天差不多的状态。这一过程大概需要几百万年、几千万年的时间。从天文学的角度看，这只是短暂的一瞬间。

行星的成分和状态取决于它的温度。对于小行星和彗星来说温度同样重要。你可以想象到，对于靠近太阳的行星，吸积到此行星上的物质，比吸积到离太阳更远的行星上的物质温度高得多。较高的温度使得水和甲烷处在气体状态，这个范围延伸到4倍日地距离的地方。因此最初在这里几乎没有这类物质凝结。此外，太阳发射出带电粒子，把其附近区域中的氢和氦冲走。因此，只有结实的物质，比如铁、镍、铝以及硅酸盐，这些在这样的高温下也不会融化的物质，才能凝结到内侧的行星上去。

正是这些物质组成了靠近太阳的4颗类地行星——水星、金星、地球和火星。这些元素相对罕见，因此这些靠近中心的行星需要一定时间长大。它们能达到今天的体积，碰撞和并合必不可少，但是和靠外的行星相比，它们的体积仍然很小（见图6-1）。

图6-1

4个靠近太阳的岩石组成的行星，以及4个靠外的体积较大的气态行星，相对大小如图所示。小行星带和柯伊伯带也在图中标出了。下方的图例给出了行星的名字以及它们在太阳系中的相对位置。

远离太阳的地方，在火星和木星的轨道之间有一个边界。在这个边界之外，水和甲烷这样易挥发的化合物冻结成晶体。这个外部区域的行星的增长更为高效，因为和构成类地行星的物质相比，构成它们的物质的丰度要大得多。这其中包括了氢，当行星足够快速地形成的时候，能够大量积聚氢。这4个气态巨行星（包括木星、土星、天王星和海王星）的总质量是太阳系质量（不包括太阳本身的质量）的99%。而木星，这个最接近物质能否积聚的分界线的行星，又占了其中的大部分。

在过去的20多年里，在太阳系的外部区域，发现了更多类行星物体，更不用说那些围绕在其他恒星轨道上的物体了。行星不再是一个简单的类别。这其中的成员彼此之间差异巨大，小的可以比月亮还小，大的几乎可以达到恒星核燃烧的尺寸。此前发生过多次对定义的修订。比如，谷神星（Ceres）被发现之后在长达50年时间里都被认为是行星，然后被重新归类为一个小行星。然而，不久之前的一次讨论引发了很多人的关注。

你也许记得当时的新闻故事，关于冥王星是否继续有资格作为一个行星。天文学家们现在仍在私下讨论这个问题，有时候甚至展开投票，想要让冥王星恢复原来的身份。近期的一些发现引发了最初的讨论。辩论愈演愈烈，但争论并非完全出乎意料，因为自从20世纪20年代，当冥王星首次被发现之时，人们就觉得它有些怪异。冥王星的轨道比其他行星的轨道偏心率更大，也就是轨道被拉长得更多。而它的轨道倾角（相对于太阳系平面的角度）比其他行星大得多。与太阳系里的其他距离太阳较远的行星（那些被称作气态和冰态的行星）相比，冥王星非常小。在行星王国里，它明显是个异类。

然而，70年后，有几个类似的天体在附近轨道被发现，表明古怪的冥王星其实并没有那么特别，本来对于它是行星的身份而言，也没有必要非要把它单独挑出来。对于改变冥王星分类的理由，简而言之，类似于制定许多随意的规则时所采用的理由一样：“如果我们让你加入，那么我们不得不让所有其他人也加入。”这是个偷懒的理由，为了避免更加微妙的分类而设定，不过它很难令人满意或者具有说服力。但是和冥王星大小以及轨道都相似的天体也被发现了。如果冥王星继续作为行星，那么另一个相似的在2005年被发现的叫作阋神星（Eris）的天体也应该是行星。还有好几个其他天体也很有可能如此。阋神星尤其麻烦，测量发现它比冥王星还要重27个百分点。之后有了更多类似的发现，某个人（或者某个组织）将不得不规定行星身份质量的下限。但是如果把冥王星降级，问题就可以解决了。这就是国际天文学联合会（IAU）2006年在布拉格大会上作出的决定。他们利用了人们在此类情形下的通常做法：他们改变了准入规则。

所以，现在行星的定义为，由于自身引力成为圆球，并且“清扫了邻近区域”，在其附近不存在围绕太阳运动的更小天体的物体。这意味着，对于像冥王星和阋神星一样的天体，是附近有独立轨道的一些天体构成的天体带的一部分，所以它们就不再属于行星了。而像水星和木星这样的天体，近似球形，并且在它们的轨道上是孤立的，虽然互相之间差异巨大，它们仍是合格的行星。

这意味着，虽然我们大多数人都出生在一个太阳系有九大行星的时代，但现在，只有八大行星了。你也许会觉得这很让人沮丧，但这可能比不上美国在1984年进入大学的人所经历的。因为1984年7月17日法律上的一个改变，他们从合法饮酒的年龄被降级为未达法定饮酒年龄^[11]。2006年，当国际天文学联合会改变行星准入门槛的时候，冥王星被降级了。

有趣的是，最初对于阋神星和冥王星的相对大小的估计，后来被证明是个误导。虽然阋神星被认为比冥王星大，但误差非常大，天文学家不得不等待更详细的观测结果来核实这个说法。2015年7月，“新视野”号（New Horizons）宇宙飞船近距离飞越冥王星，拍下了壮观的图像，得到更加详细的信息，结果表明其实冥王星的体积更大。如果从一开始就没有这个不确定性，也许冥王星现在依然位于大行星的精英之列。

作为安慰奖，在“行星”被重新定义的同一个会议上，国际天文学联合会发明了术语“矮行星”（dwarf planet），来称呼和冥王星一样掉入小行星和行星裂缝之间的天体。冥王星成为这个新创建俱乐部的首位成员，也是模范代表。“矮行星”这个特殊的名字一直都有争议。不像矮恒星其实就是恒星，矮行星并不是行星。这个名字的产生是由于最开始区分就并不清楚。其他被提议的名字更荒谬，比如“微行星”（planetoid）、“子行星”（subplanet）。

和行星一样，矮行星围绕太阳运动，而不是像月亮一样绕着另一个行星运动。矮行星和小行星也不一样，小行星只是形状任意的岩石。按照定义，矮行星比小行星大，必须质量足够大，能够在其自身引力作用下成为近似的圆球形。但矮行星和真正的行星不一样，它们没有独立的轨道。很多其他天体也在附近有绕转。就是因为这个不孤立因素，它们没有清空近邻区域，从而被排除在行星身份之外。一位天体物理学同事开玩笑说，行星就像资深的教授，把附近的轨道都清空了；矮行星更像博士后，独立工作，但是他们的办公室挨着研究生；研究生就像小行星一样，还没有成型。

目前，矮行星的成员还有限。冥王星和谷神星是唯一被确认的矮行星，它们是小行星带上最大的，但又是已知矮行星中最小的天体。谷神星是内太阳系的唯一一个矮行星。在遥远的区域，妊神星（Haumea）、鸟神星（Makemake）和阋神星也被官方认定为矮行星，因为它们足够大，同时它们几乎可以肯定是圆的，虽然它们的形状还需要进一步进行可靠观测。其他的候选者也可能满足要求，比如神秘的塞德娜（Sedna），我们只有在完成更好的探测之后才能确定。然而，很多天文学家认为更多，也许数量多达100个或者200个的矮行星还存在于遥远的柯伊伯带中（这点我们稍后会讲到）。柯伊伯带很可能是上述物体起源的地方，也非常可能是有待发现的更多类似种类的源头。

与“行星”和“矮行星”不同，“小行星”这个专业名词的定义仍然模糊，只是在口头上这样称呼它，天文学界还从未正式地定义它。直到19世纪中叶，“小行星”和“行星”这两个词还是可以交替使用的，并且通常认为是同义词。今天我们用“小行星”这个词的时候，通常指的是比流星体大，但是比行星小的物体，它在太阳系内圈，直径从几十米到几公里不等。《纽约客》杂志撰稿人乔纳森·布利策（Jonathan Blitzer）曾经对它们这样描述：“小行星是太阳系最资深的漂流者，有着岩石般的身体，围绕着太阳运转，从太阳系形成之时被遗留。其太小不能成为行星，但又并非小到可以被遗忘，它们能够揭示出很多关于宇宙原初历史的事情。”

与矮行星不同，小行星的形状通常是不规则的（见图6-2）。因为观测到的小行星旋转速率的上限很低，让科学家们认为，大部分小行星并不是结合紧密的天体，仅仅是岩石碎屑的聚集物。如果旋转速度更快，碎石块就会飞散。探测器已经到访过一些小行星，以及小行星卫星的观测都支持这一推测，证明小行星的密度较低。

小行星的数目非常多，也许有几十亿个，而它们的成分千差万别。它们中的大部分，要么是S型的，由普通硅酸盐岩石组成，大部分在火星附近发现；要么是C型的，富含碳元素，距离上更靠近木星。当人们研究太阳系中生命的起源时，特别注意了后一种小行星，因为碳元素对于生命至关重要。有趣的是，对于陨石所做的实验研究发现，一些小行星含有微量的氨基酸，由此使得它们更加受关注。下一章我们会看到，彗星也是如此，让它们成为另一个考虑生命起源时的重要主题（稍后我会讲述）。对生命而言，水很重要。一些小行星包含水，而彗星中普遍含有更多的水。主要由铁和镍组成的金属小行星上也有水。尽管至少有一个相对仔细研究的小行星，它有一个镍铁核以及一个玄武岩的壳层，但还是比较罕见的，只占小行星总数的百分之几。

图6-2

截止到2014年8月，被探测器访问过的小行星和彗星的图像。它们的直径从几百米到100公里不等。（图像由艾米丽·拉克达沃拉[Emily Lakdawalla]合成。数据来自NASA/JPL/JHUAPL/UMD/JAXA/ESA/OSIRIS团队/俄罗斯科学院/中国国家航天局。图像由艾米丽·拉克达沃拉、丹尼尔·马查歇克[Daniel Machacek]、特德·斯特里克[Ted Stryk]、戈登·乌加尔科维奇[Gordan Ugarkovic]处理）

和行星不一样，小行星极少是孤立的。它们在太阳系中特定的区域做轨道运动，和附近许多其他的小行星一起绕转。大多数小行星位于小行星带。这一区域从火星一直延伸到包含木星轨道的位置，涵盖了从岩石类行星区域外边缘一直到遥远的气态行星（见图6-3）。小行星带延展宽度大约为2天文单位^[12]至4天文单位，距离太阳大约2.5亿公里～6亿公里远。在主带之外，另一类小行星——特洛伊（Trojans）族小行星，被一个更大的行星或者一个行星的卫星束缚，保证了其稳定性。

图6-3

火星和木星之间的主小行星带以及特洛伊族小行星，这是一个阿波罗型小行星和一个阿莫斯型小行星的例子。

自21世纪以来，天文学家开始了解早期太阳系的行星迁移。关于小行星带形成的科学研究取得了很多进展。现在我们知道，在行星开始形成之后的几百万年时间中，由太阳发射出的带电粒子，把盘上剩余的大部分气体和尘埃都吹走了。行星的形成就此终止，然而太阳系的形成仍在继续。在此时间之后，行星会迁移，有时是破坏性的，把剩余的物体全都弹到太阳系外，或者把较小的物体移到周围。在过去几十年里，行星科学中很重要的一项研究进展是，理解并认识到这种行星迁移对太阳系形成的作用。气态行星迁移得最显著，并且影响了小行星和彗星的形成。内部的行星也会向内迁移，但幅度很小，因此很可能起的作用也比较小。很有可能，当几个外部的行星向外迁移，而木星同时向内迁移的时候，大量小行星被抛到了太阳系内圈，开始了被称为晚期重大的撞击事件，它发生在大约40亿年以前（太阳系形成之后的大约5亿年）。月球和水星上大量由这些冲撞造成的陨石坑为这一事件提供了证据。

天文学家认为小行星是原行星盘（行星形成之前存在的盘）的遗迹。小行星带最初可能有远大于今天的质量，而大部分质量在太阳系充满活力的早期丢失掉了。在它们并合之前，木星将很多原本在这个区域的物体散射开来。这也许解释了这个区域行星缺失的原因，因为丢失了太多的物质。虽然这里有几十万个直径大于1 000米的物体，但这些物体今天的总质量也只有月亮的1/25，而谷神星自己的质量就占据了其中的1/3。把谷神星和另外3个质量最大的小行星加起来，就占了这些物体总质量的1/2，剩下的则由上千万个小质量物体构成。除了几十万个或者100万个直径大于1 000米的小行星之外，还有更多更小的小行星。虽然很难被识别，它们的数目在小规模地迅速增加。所遵循的经验规律是：尺寸小1/10，物体的数目大约增加100倍。

在把星子（planetesimal）从小行星带弹射出去的过程中，木星可能也把一些携带水的天体扔向了地球。虽然我们对地球上水的起源所知甚少，由于最初水比较容易在太阳系的外部冷的区域积聚到足够数量，这些木星在早期也许对地球获得丰富的水供给起到了一定的作用。有趣的是，在早期撞击时期结束“不久之后”（在地质学的尺度上），大约是38亿年以前，生命开始出现。幸运的是，从那时到今天，虽然小型撞击偶尔还是会发生，但小行星和彗星早已没有早期那么危险了。

和行星一样，最初发现的小行星被分配了各种符号。到1855年，这些符号达到20个的时候，它们的名字还带有神话色彩，而近期的发现则被分配了一些别出心裁的名字，包括流行文化偶像，比如“詹姆士·邦德”“柴郡猫”，甚至还有发现者亲戚的名字。看着这些代表单个小行星的符号，让我感觉像在看一块象形文字的匾牌（见表6-1）。正如我的合作者所说，这些名字非常像那些“曾被称作普林斯（Prince）的艺人”的名字，原名非常难读。这个比喻特别恰当，因为像普林斯一样，这些天体现在有更容易发音的名字。

表6-1　不同小行星及表示符号

早期科学家获得发现的方式可能和古代埃及人区别不大，都是在一种神秘的状态下发现的。这并不代表古人没有努力地找寻规则。宇宙十分复杂，要弄明白宇宙所含物体的本质，时间、专注和技术都必不可少。在观测能力有限时，因为一个物体的尺寸、成分和位置的差别，很难判断一个天体是不是更暗或更亮，更大或是更小。只有随着时间推移和更好测量工具的出现，才会带来真正的科学理解。

在行星最初被发现时，没人知道有小行星。小行星和行星一样，不会发出可见光。行星、小行星和流星体只有在反射太阳光时才是明亮的。然而，找寻小行星困难得多，因为它们的尺寸要小很多，更加暗淡因，从而更难以被看到。彗星有明亮的长尾巴，流星相对比较近、比较明亮，小行星则没有这些很明显的特征。因此，在以前发现它们很困难——现在也没有容易到哪儿去。

的确，人类花了几千年的时间才意识到小行星的存在。如果没有特别灵敏的工具，发现这些暗弱天体的唯一途径就是长时间地盯着它们看，当然如果事先知道往哪里看也会有些帮助。最初的尝试依靠后一种方式。天文学家并不知道最佳的目标位置，但他们采用了一个启发式的方式，认为这样可能会帮助指导他们的研究。提丢斯-波得定则（Titius-Bode law）所给出的位置似乎和已知行星的位置相符合，同时能够预言其他行星的位置。1781年，天王星在被这个定律所预言的位置被发现了，这似乎是一个很大的成功。即便如此，并没有一个真正的理论来判断此“定则”的正确性。但不管怎样，海王星的位置并没有遵从定则的预言。

尽管预言的位置很任意，但以18世纪的技术水平，寻找行星所采用的技术方法却相当可靠（请注意，当时还没有小行星被发现）。观测者比较不同夜晚的星空图，寻找位置发生改变的天体。近距离的行星运动很明显，而遥远的恒星看上去是不动的。利用这一方法（同时以提丢斯-波得定则做指导），西西里岛巴勒莫天文台的创建者和台长、天主教牧师朱塞普·皮亚齐（Giuseppe Piazzi）在1801年的新年第一天，在火星和木星之间发现了一个物体。数学家卡尔·高斯（Carl F.Gauss）之后计算出了这个天体到地球的距离。

现在我们知道，他们所发现的天体——谷神星，并不是一个行星，而是第一个被发现的小行星，它位于我们现在所知的火星和木星之间的小行星带上。伴随相继的几个这类发现，天文学家威廉·赫歇尔爵士（Sir William Herschel）提议用一个单独的名词“小行星”来描述它们。这个名字源自希腊词语“asteroeidēs”，意为“恒星形状的”，因为和行星相比，它们更像一个点状物。谷神星，现在我们知道它近于球形，直径大约为1 000公里，甚至比其他小行星更特别，它后来被证明是第一个被发现的矮行星。

人类最初对小行星所知甚少，直到科技和航天项目取得一定发展，更多这类物体被更好地观测到。而这一领域的研究人员所作出的出色进展令人惊叹。和发现小行星一样令人兴奋，观测和探索它们更加有趣。正在进行的航天计划已经设计了好几个近期的任务，都和这一目的相关。当近距离的图像首次揭示出小行星的不规则形态时，这些更加直接的探索将极大地改进早在20世纪70年代开始但没有细节的观测结果。

过去，其他值得关注的小行星任务之一是包括近地小行星探测计划“会合-苏梅克号”（NEAR Shoemaker），它是第一个小行星探测仪。2001年，它给第一个靠近地球的小行星爱神星拍了照片，甚至登陆了上去。日本的“隼鸟号”（Hayabusa）项目在2010年带回了石质小行星样本。而近期，日本的科学家发射了更加野心勃勃的“隼鸟2号”，它将登陆一个小行星，并部署三个探测车，任务结束时它将会收集到更多样本。美国国家航空航天局将要发射源光谱释义资源安全风化层辨认探测器（OSIRIS-Rex），它应该会带回一些小行星的碳质样本。^[13]

在近期新闻中更加出名的是欧洲的罗塞塔（Rosetta）探测器。它先是飞过了直径大约为100公里的鲁特西亚和直径大约为4.6公里的斯坦斯两个小行星，并且获得了它们的详细信息。之后更为出名的事件是罗塞塔探测器与彗星会合。美国国家航空航天局的黎明号（Dawn）探测器最近也有消息。它已经访问了灶神星（Vesta），并且现在已经到达了矮行星谷神星。

计划在未来对小行星进行雄心勃勃的开采行动现在也在考虑当中，虽然这不一定是最经济的路线，但很有可能也会使相当多的小行星被发现。目前正在进行中的以小行星偏转为设计目标的探测器，例如美国国家航空航天局正在发展的小行星转向任务（ARM），也可能会获得同样的发现。目前的美国太空项目以小行星为重点：小行星与行星相比，没有那么有趣，但是通常更容易到达，而且它们很可能告诉我们更多关于太阳系的新信息。

下面我们将从小行星转向更小的天体——流星体（mete-roid）。对流星体的研究是以听起来有些尴尬的术语“meteoritics”（陨星学，而不是“meteorology”[气象学]，meteoritics意指对陨石的研究），后者是一个听起来更合理的名字。这个源于希腊语“meteoreon”（在高空中）和“logos”（知识），在天文学采用它之前，气象研究已经使用它了。古代希腊人认为对天气的研究符合“meteorology”一词，即对天空中物体的研究。

流星体

在行星际空间运动的固态物体，尺寸比小行星小很多，同时又比一个原子大很多。

对于流星体的标准定义，直到1961年才由国际天文学联合会确定：在行星际空间运动的固态物体，尺寸比小行星小很多，同时又比一个原子大很多。虽然与“气象学”相比，从天文学角度来看更加合适，但这个定义仍然不是很具体。1995年，两位科学家建议将尺寸限制在100微米～10米之间。但当直径小于10米的小行星被发现时，陨石协会的科学家们建议将尺寸范围改为10微米～1米之间，1米大约是观测到的小行星的最小尺寸。但这一改变建议一直没有被官方采纳。在本书中我将“流星体”来指代天空中那些中等尺寸的物体，但对于尺寸更小的物体，我将用更加精确的名字“微流星体”或者“宇宙尘埃”来指代它们。

和小行星一样，流星体的本质千差万别，这源于它们在太阳系中差别巨大的起源。有些是雪球一样的物体，密度只有冰的1/4；有些是致密的、富含镍和铁的岩石；有些碳含量很丰富。

虽然口语中使用的“流星”经常包含了创造它的流星体或者微流星体，对这个词的正确使用对应着这个术语的希腊语词根，其意为“悬浮在空气中”，并且仅指代我们在天空中看到的东西。流星是当流星体或者微流星体进入地球大气层时，所产生的肉眼可见的一道光。虽然定义如此，不过大多数人，甚至记者，在讲到流星掉向地球时都并不准确，就像1979年的电影《流星》（Meteor）的名字一样^[14]，但公平地说，它有它的娱乐重要性。

有趣的是，“流星”这个词的早期定义和天气相关，最初包含所有的大气现象，比如冰雹或者台风。风被称作“空气流星”；雨、雪以及冰雹被称作“水流星”；光的现象，比如彩虹和极光被称作“光流星”；而闪电以及我们现在所说的流星被称作“火流星”。这些术语是古时候的遗迹，那时没人知道那些东西都有多高，也不知道天气特征和天文学特征的缘起有着非常大的区别。“气象学”作为专有名词也许并不完全是误导，因为天气的确与地球在太阳系中的位置相关，当然和最初想象的非常不同。幸运的是，尽管“气象学家”早期对“流星”有误解，不过这个词后来再没有这样被误用过。

人们很容易看见流星，因为引起这个现象的物体进入大气层后被加热，会产生让人眼看得到的光的物质，而且流星体的运动速度很快，产生的光呈弧形。虽然很多流星随机发生，但是流星雨的发生却更加规律，产生于地球经过彗星的碎片。当然在太阳光没有掩盖流星时，流星在晚上更容易被看到。这里没有哲学思维实验中所讨论的森林里树木倒下的困局^[15]。流星的存在并不依赖于观测者实际的观察，而且原则上它所产生的一道道光，必须要在可见光范围之内才能够被看到。

大多数流星产生于尘埃大小或者石子尺寸的物体。每天有数百万个这类物体进入地球的大气层。因为大多数流星体在海拔50公里的高空破碎，流星通常发生在海平面以上75～100公里叫作中间层的地方。尽管精确的速度依赖于物体的具体性质，以及相对于地球的角度，但总体来说，其速度在每秒几十公里这个量级上。流星的轨道能帮助识别产生它的流星体来自哪里，而流星发出的可见光的谱线，以及它对射电信号的影响，都能帮助科学家确定流星体的成分。

能够穿过大气层并且击中地球的流星体称为陨石。陨石是地外物体击中地球之后，分解、融化并且部分蒸发之后留在地球上的石块。陨石又是另外一个确凿的提示，表明地球本质上是宇宙环境的一部分。如果幸运的话，你能在流星体撞击点的附近找到一颗陨石，但你更可能会在实验室、博物馆或者那些足够痴迷的、幸运的或者富人的房子里看到它们。梵蒂冈天文台博物馆有着相当棒的收藏，与史密森美国自然历史博物馆一样，后者有着最大的收藏量。一位三星上将曾告诉我，美国国防部也有不少很棒的各种陨石。他们的收藏与导弹防御相关联，但遗憾的是，他们关于流星体撞击的数据仍然保密。那些能够接触到的陨石研究已经告诉了我们很多有关太阳系以及其起源的事情。

陨石也能源于彗星，彗星是太阳系外圈的物体（我将在下一章详述）。太阳系内圈和外圈的物体是非常不一样的，只有在木星轨道以内的物体才能被叫作小行星或者次行星（minor planets）。次行星和小行星不同，它的名字听上去有些轻视的意味，但却是官方术语。彗星和小行星的区别看上去很明显，比如彗星有明显的尾巴，但二者之间的区别要细微得多。彗星通常有着更加拉长的轨道，但一些小行星也有着相似的椭圆轨道，也许是因为它们最初就是彗星。此外，含水的小行星并不一定与在太阳系外部形成的彗星的种群不同。小行星的多样成分也表明，被归类为小行星的种群和被归类为彗星的种群是有一些重叠的。

由于小行星和彗星的区别过于模糊，因此在2006年，国际天文学联合会定义了一个专有名词“太阳系小天体”（small Solar System body），这个定义同时包含两者，但不包含矮行星。矮行星本来也可以包含在太阳系小天体中，但由于它们的尺寸更大、形状更圆，也表明引力越强，越有可能成为固态物体，因而国际天文学联合会没有将矮行星归到太阳系小行星类别里，而是用它们自己的名字区分开来。总的说来，国际天文学联合会更喜欢用“太阳系小天体”这个术语，而不是“次行星”，因为小行星带中的有些物体带有彗核的特征。一个包含了小行星和彗星两个类别的名称，虽然提供了较少的信息，但避免了错误。即便如此，小行星大体上要更加岩石化一些，而彗星通常包含更多的易挥发物质，因此大多数天文学家还是坚持它们之间的差别。

当我在本书其余部分提到撞击地球的大物体时，这些复杂的命名让我陷入两难。在天空中就烧尽的小物体是流星体或者微流星体。更大的物体，源自小行星或者彗星，偶尔可以到达地球或者只到达大气层。但我们只有在观察了轨迹，知道了它的起源之后，才能知道到底是哪一种。我们需要一个能够同时指代二者的词语。严格说来，“太阳系小天体”这个烦琐的词汇符合了这个要求，但这个术语极少被用于描述来自天空飞入地球大气层的物体（尤其那些接近或者击中地球的物体）。看一下很多新闻中的标题，你会发现人们更经常使用“流星”“流星体”，甚至“陨石”这些名词，严格说来，如果物体的直径大于一米，这些词都是错的。现在似乎还没有一个通用的并且足够明确的口语词汇（虽然“撞击天体”和“火流星”有时会被使用），在本书中，当提到从地球以外进入大气层或者击中地球的物体时，我将把这类物体叫作“流星体”（这些物体是最没有攻击性的一类）。这可以算是对术语的轻微滥用，因为这个词通常仅指代尺寸较小的物体，但联系上下文你就会明白我的意思。