[麦田怪圈形成过程中的半熔流星铁] 麦田怪圈之谜已被破解

　　于1993年8月英仙座流星雨之后不久出现在英国的一个麦田怪圈里，我们发现了一种由陨石材料形成的天然铁质薄膜。这些铁氧化物包括赤铁矿和磁铁矿熔合成的异质体，并且具有磁膜的性质。物理、化学以及空间分布等特征都表明当怪圈形成时，铁质薄膜被烧至半熔状态。这意味着等离子体涡流参与了怪圈形成，这一机制以前被认为是研究麦田怪圈形成机制的首要考虑因素。
　　光学显微镜下可以看到，这种附着物是黑色的反光颗粒，大小在2微米～100微米，有不规则形和球形，混合在红褐色无定形介质中。整体外形说明这是一种薄膜。根据已知的两种氧化铁的常见形态的性质，样品被放置在一个小的(1700高斯)马蹄铁形状的磁场内，土壤和植物被附着的部分表现出了非常明显的磁感性。磁引力强到能吸起叶子，麦穗和茎秆能使被附着的土壤碎片移动1厘米～3厘米。
　　美国野外研究者彼得・索伦森发现，磁性物质仅限于局部的被灰尘沾染的植物旋涡内，其直径仅约0.5米(图1中指出的区域D)。这一旋涡位于两个更大、更典型的倒伏植物圈之间，两个大圈直径约15米，彼此相距60米，且都位于同一块小麦田里。这种氧化物起初被认为是棕色污渍或附着物，不均匀地分布在石灰质土壤上层暴露于地面的部分，以及乱蓬蓬的小麦叶片和茎秆的间隙中。
　　土壤表面的薄膜结合得十分紧密，而植物上的附着物可以被小心地取下来。取下来的膜片厚度在200微米～400微米之间，外层或者接触空气的一面(图2)是一层多泡的异质混合物，内部接触植物表面的那层(图3)则留有植物表皮细胞的纵向纤维和细胞结构的固定印记。这清楚地说明薄膜在接触植物表面时处于半刚性或者塑料状态。
　　这些氧化铁薄膜的形成表明存在大气层内的喷散型烧熔以及高于500℃的温度，使得磁铁能从冷却的气体中浓缩出来，因此需要寻找更多的证据支持在磁性薄膜形成过程中曾经发生过高温。土壤碎片上的贴生膜内部是很薄的、有壁的赤铁矿小管，这些小管伸出膜外并固化成内空的圆顶。很多情形下这些圆顶被损坏了，细小的碎片分散到下面。少数情况下这些圆管没有被损坏，但在冷却过程中形成了很宽的应力裂纹。考虑到石灰石在铁质熔化过程中起到高温熔流作用，这些小管的形成就比较容易理解了。当氧化混合物渗入土壤时，与石灰石底层有短暂的接触，这时就形成圆顶状小管。
　　需要指出的是，附着性较低的植物表面的薄膜并没有这样的圆顶小管，一个可能的原因是薄膜下面的植物表面被严重烧焦。然而这并不是事实，事实上植物表面只留下了微弱的红色赤铁矿污渍。植物细胞内大量的水分能保证形成一个绝缘的蒸汽层，将植物组织和薄膜隔离开。事实上，植物接触面的扫描电子显微镜照片揭示了深而拉长的凹陷(图4，右箭头处)，这些凹陷可能是由于当蒸汽和水分冲出气孔时的局部压力造成的，这个压力使得薄膜撕裂。在陶瓷厂，薄釉的过速冷却能造成很细微的应力裂纹网。这种“泥裂”的一个特征就是在交叉点有一个近似90。的角，而且裂纹随机地互相交叉。图5中的扫描电子显微镜照片展示了磁性薄膜的网状裂痕，中心箭头指向一个交叉点。当这些附着性膜冷却收缩时，薄膜外层产生一个临时性的抗张力。这种薄膜的形成过程与在一个不可压缩的球面上拉紧薄膜的过程有可比性，在本案例中，石灰石是那个球面。
　　
　　从有磁感性的穗头取得的种子与那些从对照区域取得的种子有一定的可比性。薄膜区内的能量并没有对萌芽或幼苗生长产生负面效应，事实上植物生长的速率和均匀性都有显著增强。
　　图6中的底层土和图7中的磁性膜证实了膜和土壤底层之间没有发生混合，因为在薄膜中没有发现钙或者硅，而这些是白垩土的典型元素。薄膜中只存在铁和氧，表明其来源于陨石，特别是在流星雨发生的那天。
　　1993年持续几天的英仙座流星雨是当年最活跃的流星雨。在后来的分析中，却没有发现通常在含铁流星雨中常见的元素镍、铬和锰。这可能是因为当能量进入大气层时摩擦产生的热量造成了“聚变壳”。这种外壳由磁铁矿组成，其大部分被熔成熔滴而迅速冷却，小部分被氧化成赤铁矿。
　　凝固的液滴在流星雨发生后几天内飘入地球，并在铁陨石降落区附近的土壤里被发现。这些小颗粒的尺寸与在麦田怪圈内发现的颗粒的尺寸一致。这些铁颗粒的x光谱只呈现出磁铁矿的谱线，而其他的则同时表现出磁铁矿和赤铁矿的谱线。1981年1月8日，大约在象限仪座流星雨发生后的48小时内，这一现象发生在法国普罗旺斯地区附近，使得石灰岩表层和土壤镀上了一层薄薄的铁氧化物。这样的时间、内容以及形式都符合陨石来源。
　　在英国的彻希尔，陨石灰尘局限于一个大旋涡里的独立的小旋涡中。在过去关于麦田怪圈形成的可能原因的讨论中，中心假说是存在一个紧密螺旋的离子组成的等离子体旋涡，这个旋涡的大小和田野中倒伏旋涡作物区域一样大。流星尾迹的离子化程度很高，可以被雷达探测到。这些离子化尾迹的结构还不完全清楚，但是是扰动的。等离子化进程通常发生在极光电离层里，多数是螺旋状的。事实上，从侧面观察，极光束通常是旋涡状的。尽管极光的整体尺寸远大于直径15米的麦田怪圈，但它的厚度常常只有100余米。
　　在等离子体中，磁性收缩效应倾向于将等离子体压缩成越来越紧的螺旋结构。随着螺旋的总体宽度减小，局部感应磁场增加。因此，如果是等离子体旋涡作用于英国麦田，那个0.5米的次级旋涡应该可能比15米的大旋涡具有更强的磁场。这些小的强磁场可能经由等离子体的对流和化学分离，形成不连续的含有高磁铁灰尘的细束。电子在其螺旋状路径上旋转产生的微波会加热现存的任何铁质颗粒，并会在空气中将一部分铁氧化成赤铁矿形态。
　　内部加热也许能解释为什么赤铁矿一磁铁矿混合物在作用于地面时仍然是半熔状态。通常这些小滴会在空气中凝结并落在地表形成独立的小球，而不是镀在地面上。
　　螺旋极光通常含有弧光，这些弧光可发展成成对的逆时针旋涡层，不停地变化和旋转。这一点可与现场的两个直径15米逆时针旋转区域以及伴随着它们的次级旋涡相比较。螺旋极光产生于磁气圈的旋涡电子区域，并沿着地磁线向下进入电离层。是不是会有一对向下飞行的逆时针等离子体旋涡交织并且捕捉到流星尘埃，并由次级旋涡的微波将尘埃加热到半熔状态，然后降落到地表使得作物倒伏?如果是，那就意味着一个迄今为止仍然不甚明了的现象，即电离层等离子体旋涡飞行到地球表面。不管其来源是什么，目前的证据清楚表明，流星尘埃以一种半熔状态作用于地面，并以多元紧密的旋涡状被局限于麦田怪圈中。