探寻地球年轻的模样

一幅艺术家的早期地球被太阳系碎片轰击的照片。资料来源:美国航天局/戈达德图像实验室

在地球的早期历史中，大约在行星形成5亿年后，太阳系内部变得一片混乱。一系列的小行星——相当于中国香港的大小——不断撞击地球，其强度足以融化地球表面的大部分。这种类似纵火的暴力发生在大约40亿年前，导致地球上大部分的水蒸发，并使地球表面变成贫瘠的土地。这一事件还杀死了任何可能已经开始的生命。只有在撞击风暴之后，地球才开始变得足够安全，让顽强的生物获得立足之地，并最终繁殖所有后续生命。

由于地质学家系统地研究了美国宇航局阿波罗探测器从月球带回的样本，这一被称为“晚期大爆炸时期”(LHB)的可怕事件几十年来已经成为地球起源故事中不可或缺的一部分。但是现在，这个曾经流行的理论一直受到质疑，越来越多的证据促使研究者放弃它。

解决这一争议将对地球科学领域的一些最重要的问题产生重要影响:生命何时出现，早期地球的状态如何？然而，一些研究人员认为，这个难题的最终解决方案仍然需要更新的样本。他们对美国最近做出的让宇航员重返月球的承诺寄予厚望，尽管时间表尚未确定。

“晚期大轰炸时期”

"大轰炸后期被认为是阿波罗时代最伟大的发现之一。"旧金山加利福尼亚大学的地球化学家马克·哈里森说，“但毫无疑问，过去几年发生了一些事情来推翻这一发现。”

太阳系形成于大约46亿年前。这发生在一大团气体和尘埃的中心撞上一个后来成为太阳的致密球体之后。围绕恒星旋转的尘埃盘中的鹅卵石会碰撞，有时会粘在一起。几千万年后，这些聚集体累积形成了行星——行星的初始状态。其他岩石碎片继续撞击更大的岩石并留下深坑。随着时间的推移，太阳系变得越来越薄，留下了一些像今天人们看到的结构。

在地球上，由于构造板块的搅动，关于这段暴力历史的大部分证据都被抹去了。然而，这颗“懒惰”卫星伤痕累累的表面保留了长期的撞击记录。一些记录——大约382公里的月球岩石和土壤——由阿波罗号宇航员收集并带给渴望研究这些样本的科学家，因为它们可能揭示许多关于月球历史的事情。1973年，在阿波罗最后一次登月后，谢菲尔德大学的一个小组报告说，他们在四次独立的阿波罗任务和苏联月球任务的样本中发现了一种奇怪的模式。每个样本的辐射定年都指向同一时期:39.5亿年前。同年，加州理工学院的一个团队证实了这些发现。

这一时间上的巧合表明，一系列物体在5000万年的狭窄窗口内袭击了月球，留下了无数的撞击坑，包括十几个与得克萨斯州大小相似的盆地，并在月球表面留下了“伤疤”。由于这代表了太阳系经历了混乱起源后的最后一次混乱爆发，加州理工学院团队将这一事件命名为“最终的月球灾难”，尽管后来它获得了另一个更受欢迎的名字——LHB。

结果，出现了分歧。

然而，这种观点很快导致了分歧，部分原因是岩石年代测定法的结果模糊不清。这主要是通过测量岩石中氩-40(40Ar)原子与放射性钾-40(40K)的比率来实现的。在12.5亿年的半衰期中，40K逐渐衰变为40Ar。与此同时，40Ar在高温下会从矿物质中泄漏出来。这就把两种同位素的比率变成了一个计时器:岩石变热后，时间流逝得越久，40Ar就应该存在得越多。然而，很难找出氩和钾的浓度，因为同样的比例可能是由大约39.5亿年前加热岩石并释放40Ar的“集中火”造成的，也可能是由长期且逐渐减弱的小行星洪流造成的。

第一个真正的新数据出现在2000年。行星科学家大卫·克林、宇宙学家蒂莫西·斯温德尔和行星科学家芭芭拉·科恩当时都在亚利桑那大学工作，他们从月球表面收集被小行星撞击并在降落地球前爆炸的月球陨石。他们希望这些岩石能提供更多月球地壳的随机样本。阿波罗任务的样本只能描绘月球表面的4%。但是当结果出来时，随机样本显示出一种奇怪而熟悉的模式。

“坦率地说，我认为我们已经测量了许多样本，可以追溯到43亿年和44亿年前。这足以证明LHB的观点是错误的。”斯温德尔说。然而，相反，他们没有发现任何证据表明在假定的LHB时间之前发生了撞击事件。“它把我推到了另一边。”斯温德尔说。

然而，研究人员仍然想知道，在太阳系形成这么长时间后，轰击是如何发生的。经过5亿年的洗礼，大部分剩余的碎片应该已经被倾倒或落入稳定的区域，如火星和木星之间的主要小行星带和海王星以外的柯伊伯带。没人能解释为什么这么晚了还会发生这样的意外事件。“在太阳系的什么地方，天体在“漫游”了6亿年后“尖叫”到了月球上？”科恩，目前在美国宇航局戈达德太空飞行中心工作，问道。

碰撞发生得更早。

随着尼斯模型的出现，一个可能的答案出现在2005年。该模型最初用于解释柯伊伯带中遥远的冷天体的奇怪轨道行为。它相信太阳系的外行星比现在形成得更近。计算机模拟显示了木星和土星的巨大引力如何造成不稳定，最终将天王星和海王星撞上更远的轨道，将彗星撞出遥远的“仓库”，将小行星撞出主带。

漂亮的模型为LHB提供了巨大的支持。"我认为这一模式有助于巩固这一想法。"密歇根阿尔比恩大学的物理学家尼科尔·策尔纳说。

然后，就在LHB的观点最终看起来无懈可击的时候，漏洞开始出现。阿波罗任务的数据和基于重叠法估算陨石坑形成顺序的计数显示，月球附近三个最大的陨石坑盆地——玉海、九海和澄海——可能都有39.5亿年的历史。但是美国宇航局月球勘测轨道器(2009年开始绕月球运行)的高分辨率地图发现了从雨海延伸出来的碎片射线。这表明形成陨石坑的事件可能将岩石撞向了附近的澄海，从而污染了那里收集的阿波罗样本。2010年，对被认为是从九海喷出的岩石的重新分析表明，它们在化学和地质特征上与玉海的岩石相似。"我们开始意识到，也许我们正在不断地从雨水海洋中收集样本。"策尔纳说。

月岩的数据没有帮助。虽然没有样本看起来超过40亿年，但有些样本比其他样本“年轻”几十亿年，并且没有显示出大约39.5亿年前的显著激增。阿波罗样本还包含其他惊喜。自2012年以来，对岩石微观区域的详细研究已经将样本的形成追溯到42亿年前。这比以前任何人看到的都要早，表明重要的影响事件发生得更早。

在某种程度上，受这些新发现的启发，一些研究人员提出LHB起源于大约41亿或42亿年前，持续时间更长。然而，这一观点受到了沉重的打击:地球上一些最古老的晶体(来自澳大利亚的杰克山地区)表明，当时地球是一个相对温和的地方，温度低，水充足。(宗华编译)

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