太阳系曾经历过一场规模空前的流星雨:小行星在内行星周围呼啸而过,以一场大火雨落下,使它们的表面在数十亿年里留下伤痕。天文学家通常称这段时期为“晚期重轰炸”。
但这场大火袭击究竟何时发生,一直是激烈争论的问题。这个答案对整个太阳系的演化,甚至对地球生命演化的时间线都有着重大影响。
在地球上找到这种轰炸的证据非常困难。我们的星球会定期熔化并回收其地壳,破坏了可能为重击时期提供确切年代的详细证据。更远的地方,在水星、火星以及外太阳系的岩石或冰月球上,科学家们只能通过数陨石坑来推测年代,这是一种不精确的测年方法。另一种选择是使用客观的测年方法——例如放射性岩石测年——来对那些比地球保存记录更完好的天体进行测年。月球和小行星——或者它们坠落到地球上的陨石碎片——是最容易获得的。
50年前的这个夏天,宇航员首次带回了月球样品,科学家们发现这些样品都显示出约39亿年前发生过大规模、强烈的撞击。后来的月球任务带回了更多样品,结果都一致:月球上发生了一场灾难,表明在不到40亿年前发生了大规模的撞击。数十年来,科学家们一直试图解释是什么原因导致了小行星和彗星突然涌入内太阳系。
但最近的证据表明,地球在这段时期之前可能已经有了液态地表水。很难解释在经历了一场大灾难的同时,我们的星球是如何保持表面足够凉爽以承载水的。来自陨石的年代数据也从未与月球岩石的39亿年前的年代吻合。
现在,由科罗拉多大学博尔德分校的斯蒂芬·莫兹西斯(Stephen Mojzsis)领导的天文学家们发现,这场轰炸可能发生得更早:在44.8亿年前。这样,地球就有充足的时间冷却下来,生命也得以出现。他们于8月12日在《Astrophysical Journal》上发表了他们的研究成果。
重置时钟
大多数研究人员认为,“晚期重轰炸”是由巨行星的移动引起的,它们更靠近或远离太阳公转,并将大量较小的太阳系天体(如小行星)推开。但莫兹西斯指出,这种重组并没有固有的时间线。
“所以,让我们看看小行星带,”莫兹西斯建议。“按照定义,小行星比行星更早存在。我们有来自小行星的6万块陨石。”
他说,他的研究是首次考虑地球上所有这些陨石的年代。“我们没有发现39亿年前的峰值,”这是“晚期重轰炸”提出的时间点。但是,他的团队确实发现,大多数岩石都被“重置”了——基本上被熔化到足以重启科学家用来确定岩石年代的放射性时钟。这种熔化是发生大规模撞击的迹象,他们发现时钟在44.8亿年前重置,仅仅比太阳系开始晚了8000万年。“最好的解释是,那时发生了巨行星迁移,”莫兹西斯说。
与一次巨大的峰值不同,这个更早的小行星轰炸时期将是从太阳系初期(那时几乎只是岩石相互碰撞)逐渐减弱的过程。在莫兹西斯的设想中,巨行星仍然发生了迁移,但比之前的理论预测要早得多。这意味着没有巨大的流星峰值,而是一股涌入的小行星流,与年轻太阳系普遍的混乱融为一体。
对近期撞击事件最有力——也是唯一真正的——论据,来自于月球样品,它们确实显示出39亿年前发生过某种灾难的迹象。
但是,正如莫兹西斯解释的那样,“如果你观察水星、月球、火星、外太阳系卫星的陨石坑轰炸记录,没有一个显示出轰炸的增加。只有月球样品,它们都是从月球的一小片区域采集并带回地球的,仅占月球表面的12%左右,而且都采集自静海(Mare Imbrium)附近[陨石坑]。”
这种地理上的聚集,比任何其他因素都更能削弱月球样品的可靠性。很明显,在静海地区发生了一些灾难性的事件,但它是否一定是一个覆盖整个月球——甚至整个太阳系——的事件,则不那么显而易见了。
如果NASA——或者在日益拥挤的重返月球竞赛中的其他参与者——成功访问月球更偏远的南极-艾特肯盆地,并带回最古老陨石坑的样品,那将“完成拼图”,莫兹西斯如是说。
但与此同时,他认为他的研究结果已经驳斥了“晚期重轰炸”的说法。取而代之的是,莫兹西斯更倾向于一种历史叙述:小行星和彗星的涌入从太阳系早期混乱的时期逐渐减弱,最终演变成今天偶尔仍会发生的太空尘埃的轻柔飘散和零星撞击。
让生命繁荣
莫兹西斯的工作不仅仅依赖于测量陨石的年代。由于存在巨行星迁移的大量证据,莫兹西斯团队对事件发生在足够早以解释他在陨石中看到的44.8亿年前这个年代的情景进行了建模。
“我们对所分析的地球化学数据进行了动力学建模。如果这是正确的,它能预测我们在地球、月球和火星上看到的重置年代吗?它能,”他说,“在44.8亿年前。”
而这反过来又推迟了宜居地球的年龄。如果太空在44.8亿年前就基本停止用小行星轰击我们的星球,那么地球就可以冷却并形成水。科学家们在地球上发现的最古老的岩石来自锆石,这些锆石表明地球在大约40亿年前就已经有了水。生命的最初迹象出现在38亿至39亿年前,这个年代很难与当时一场大规模的太空岩石轰炸的说法相吻合。
地球仍然会遭受偶尔的小行星撞击——即使在今天我们也能看到它们,而且有强有力的证据表明一颗小行星杀死了恐龙。但是,莫兹西斯的工作意味着,地球不会再遭受那种会煮沸整个海洋、使整个地表液化的大规模撞击,而且这种撞击不会发生在44.8亿年前之后。
“我认为这解决了这个争论,”莫兹西斯谈到他的工作时说。














