不可能的星辰往事太阳系起源故事需要重写?

来源 :大科技·科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bhkj1gjdgjsj456854
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  2015年,美国地质学家马克·哈里森从20多万块来自澳大利亚杰克山区深处的岩石碎片中,找到一块特殊的锆石。这块锆石上有两个石墨斑点,他对这两个斑点中碳-12与碳-13比值进行测定后,发现其比值竟符合生物通常所具有的比值。但这块锆石所在的地质时间大约有41亿年,而传统的说法是地球生命出现在38亿年前。所以,这意味着我们的地球第一次出现生命的时间至少提前了3亿年。
  然而,生命过早地出现,却会带来一个巨大的矛盾。太阳系演化的传统模型认为,41亿年前的地球如同人间地狱,火山活动活跃,岩浆在四处流淌,而且太空碎块还对地球狂轰滥炸。按理说,那时候地球上不可能有生命出现,然而哈里森的锆石却不这么认为。这个矛盾该怎么解决呢?
  传统模型的困惑
  但在解决这个矛盾之前,我们先来谈谈太阳系演化的传统模型。
  大约在46亿年前,一个由尘埃和气体构成的巨大星云在一个不起眼的星系角落里,开始坍缩为一个密集的球形物质。随着周边越来越多的物质被拉向它,其核心的温度和压力不断地增加,最终这里发生了核聚变。核心释放出大量的能量。此刻,太阳诞生了。
  太阳诞生后,周围小个体的物质也开始在各自轨道上坍缩为一个个天体。离太阳近的地方,大部分的冰水会被蒸发掉,只留下主要由金属化合物构成的较小的岩石行星。离太阳远的地方,气体和冰可以大量聚集,最终形成木星等气态巨行星。所有的行星差不多都在一个平面上运动,轨道也近似圆形。
  这是一个很好的历史故事,但是很明显,故事不是完整的。首先,它很难解释所谓的特洛伊小行星——那些与木星共用同一个轨道,一起绕着太阳运行的一大群小行星。柯伊伯带——那些远在海王星之外的小天体,其中也包含冥王星——同样也很难理解:许多柯伊伯带里的天体的轨道与行星轨道平面有着巨大的倾角,而传统模型却无法解释这种情况。
  最令人困惑的是,有证据显示月球曾经受过密集的陨石撞击。阿波罗号宇航员从月球带回来的岩石暗示,月球表面上多数的陨石坑是发生在39亿年前的一场密集的陨石撞击的结果,而传统模型也很难解释这个现象。
  巨行星们的迁移
  一个解决方案是以一个法国城市命名的模型,叫做尼斯模型。在这个模型中,太阳系中4个气态巨行星最初的位置比现在靠得更加紧密。最初的位置是不稳定的,导致了几亿年的引力动荡:巨行星们从原位置逐渐迁移到它们现在的位置。在这个过程中,迁移扰动了无数个散落在太阳系中的微小天体。许多陷入到木星的引力场中,成为特洛伊小行星,而其他的跑到太阳系边缘定居下来,成为有着高倾角的柯伊伯带天体。
  与此同时,许多火星和木星之间的小行星都遭受到扰动,脱离轨道,与里层的行星相撞。这场剧烈的活动,被称为“晚期重轰炸”,在月球上留下了一个个陨石坑,而且对刚诞生的地球也带来一场严重的轰炸。
  来自那一时期的固体岩石表明,早期大部分地表都被熔岩覆盖着。再加上晚期重轰炸,这使得地球变为了人间地狱。这个时期在地质学中叫做冥古宙,通常认为这时不适合生命的形成。相反,第一个生物留下的碳痕迹,则出现在距今约38亿年,恰巧大致出现在晚期重轰炸行将结束,地球终于迎来平和的时候。
  因此,如果使哈里森兴奋的石墨斑点真的是生命留下的话,那么生命是怎么在一个似乎不可能的时间上出现的?
  更早的迁移
  解决矛盾的最简单的办法是,早期地球地狱般的环境,应该比之前所认为的要短暂的多。
  事实上,早在1999年,地质学家就通过对杰克山区的锆石进行了分析,发现早在约44亿年前,一部分地表就发生了冷却。更重要的是,对锆石里氧含量的测量暗示着地表已足够温和,适合液态水的存在。
  2013年,德国的地质学家又找到了新的证据,表明我们之前所认识的太阳系形成的故事不是完全正确的。他们分析了一块来自格林兰岛的石头——被认为可能是最古老的岩石,结果表明早在大约41亿年前,地球上就有着大量的金和铂,而之前认为这些金属是后来的晚期重轰炸所带来的。
  2015年,又有新的发现对尼斯模型敲起了丧钟。美国俄克拉荷马大学的内森·卡尔布和卡内基研究所的约翰·钱伯斯发表了他们用计算机模拟太阳系形成的结果。他们的模拟是基于尼斯模型的,但結果显示在多数情况下,太阳系内部所形成的岩石行星数最终会少于4个,水星常常会丢失不见。只有在不到1%的情况下,基于尼斯模型的模拟才能创建出与现实差不多的太阳系。
  这意味着尼斯模型与现实差距很大。不过,卡尔布有着一个惊人却简单的解决方法。他认为,巨行星仍然会迁移,产生特洛伊小行星和柯伊伯带,但它们行动的时间更早——迁移时最内层的行星仍然处在形成的过程中。这样,模拟结果就很容易与现实相符。另外,巨行星更早的迁移,意味着当地球完整形成后,大型的撞击物早已散去。也就是说,之后地球所遭受到的撞击并不像以前所认为的那样剧烈。
  月球上的陨石坑
  这个新理论不仅可以解释为什么太阳系会成为当前的样子,还可以解释为何地球很早就有了对生命友好的环境。但有一个谜团仍然存在。如果巨行星的迁移发生在地球和月球形成之前,地球和月球形成后,迁移引发的晚期重轰炸应该就结束了。那么是什么东西造就了月球表面的陨石坑呢?
  美国普渡大学的大卫·明顿认为,答案就在离家不远的地方。尼斯模型认为大部分晚期重轰炸的撞击物来自小行星带。但是,月球上陨石坑的大小分布,与小行星的并不匹配。如果撞击物真的来自小行星带的话,那么月球上应该有更多更大的陨石坑,但事实上却没有。而明顿认为,他可能已经找到了一个更合理的来源:火星。
  他仍在研究具体的细节,不过他认为已经找到了一个证据。这颗红色星球的北半球很低洼,而且比南半球更平整。这是因为这里是一个巨大的盆地,被称为北极盆地,面积大约占了火星表面积的40%。它被认为是一个直径约为2000千米的撞击物形成的,撞击后产生的碎片应该会撞到月球上,而这正好发生在距今大约39亿年前。
  来自SETI(搜寻地外文明计划)的美国天体物理学家马蒂贾·库克有一个更为激进的解释,他不认为39亿年前存在一次对月球的密集撞击。阿波罗号宇航员从月球带回来的岩石,虽然显示着那时应该存在严重的多次撞击事件。但库克认为,这些岩石样品都来自形成雨海(月球上的陨石坑,是太阳系中最大的陨石坑)的撞击物。形成雨海的这次撞击产生的岩石碎片,会分散到月球的许多地区,所以从月球各处采集来的岩石样品会有着大致相同的历史,但事实上并不存在晚期重轰炸。他还认为,如果晚期重轰炸真的不存在,那么也暗示着早期地球的环境也不是那么极端。
  不管是哪种方式,地球上相对平静的环境更早地出现,生命就会更早地出现。于是,就有了杰克山区的那块锆石。哈里森已经在杰克山区发现了另一块包含石墨的锆石,他将会继续分析里面的石墨。
  如果最早的生命并不是诞生在距今约38亿年前,而是比预期的提前了几亿年,这说明生命是极为顽强的,只要条件稍微改善,生命就会把握住机会。哈里森认为,这表明宇宙的其他地方也更有可能存在着生命。所以说,我们新修订的太阳系的历史故事,指向了一个更为有趣的未来。
其他文献
200光年之外的宇宙探险  公元2855年,一个名叫涅索斯的“傀儡师”族外星人,为了某个秘密目的,来到地球召集两个地球人及一个克孜人,组成一个小小的探险队乘坐超光速飞船前往小麦哲伦星云探险。  傀儡师人是三足物种,体型较小,身体外型如同三条腿的小鹿;有两个头,每个头都可以独立地思考、进食和说话,头可以缩进身体里,有点像电影《ET》里的外星人的头部。虽然生性胆小如鼠,但作为一个古老的种族,技术文明极
期刊
一路进化一路丢失的基因  人类的祖先生活在没有智能手机、没有WiFi、也没有网购的时代,但是他们却比我们多拥有一些东西——根据最近的一项研究,人类在进化过程中丢失了数万个基因,人类祖先比起现在的我们在基因方面更“富有”。  一个国际研究团队对来自125个不同地区的236个人的DNA进行了分析。并将其与黑猩猩、猩猩以及尼安德特人和丹尼索瓦人等的基因组进行比较,得出了一系列出人意料的结论。  人类基因
期刊
国外的人很喜欢过4月1日愚人节,在那一天,不只是朋友、亲人之间会互相捉弄对方,就连主流媒体也会插播一些一本正经的胡说八道,某些大名鼎鼎的科学媒体也不例外。  下面,就让我们分门别类地来看看有哪些经典的愚人节恶作剧。  异样的生物  大家都听说过独角兽吧?独角兽是神话传说中头前有一支单角、能够腾云驾雾的白马。一般人都知道这是一种虚构生物,然而德国海关官员居然相信世界上真的有独角兽,于是尴尬的事情发生
期刊
沙漠里一具奇特的木乃伊  2003年,一个名叫奥斯卡·穆诺兹的男子来到智利阿塔卡马沙漠一个荒凉小镇上,原本想在这里寻找一些具有历史价值的古物,但当他在一座废弃的教堂附近挖掘时,无意中挖到一具奇特的木乃伊。  这具木乃伊当时身体包裹着白布,看似人类,但总身长仅有15厘米、有坚硬的牙齿、巨大的脑袋、头骨顶端凸起、体色暗黑、体表有鳞片、仅有9根肋骨(人类有12根肋骨),这些是它和人类完全不同的特征。因此
期刊
在北极这片近乎纯白的冰天雪地之中,生活着多种同样雪白的动物,除了我们耳熟能详的北极熊、北极狐外,还有狼、海豹、兔子、鸟等都是纯白的。这些大自然的精灵为了适应北极极端严寒的生存环境和洁白的冰雪天地,身上的皮毛已经进化成纯白色,这样的保护色既可以避开捕食者的追捕,又可以迷惑猎物有助于自己捕食。它们的这种特征是对自然界适者生存法则的最好诠释。  北极雪鹗  雪鹗几乎完全是白色的。这种飞行类捕食者是猫头鹰
期刊
行军蚁是一种有组织的社会性动物,但是要说它们和同样具有社会性的我们一樣有感情,那不太可能。不过,最近的一项研究表明,行军蚁似乎也有“感情”。  研究人员发现,行军蚁洗劫白蚁的地盘之后,其中一些行军蚁带走的不是白蚁,而是受伤的行军蚁。为了了解被带回蚁穴的“伤员”后来的情况,研究人员给受伤的行军蚁涂上了颜色,结果他们发现仅仅过了几个小时,很多身上涂了颜色的行军蚁又加入了战斗。  虽然观察到了行军蚁救同
期刊
宇宙中的物质丰富多彩,大到天体,小到尘埃,都是由元素组成的。随着科学研究的深入,人们发现了越来越多的元素,但元素的起源曾经困扰科学家们很长一段时间,直到我们在宇宙大爆炸理论中找到了答案。  宇宙大爆炸之初,所有的元素都不存在。宇宙像是熬着一锅热腾腾的“粒子汤”,从最开始的夸克和胶子,形成质子和中子后组成原子核,再结合电子即可形成原子,宇宙从此开启了漫长的合成元素之旅。  大爆炸以及宇宙射线带来了元
期刊
一个世纪前,在天文学家心目中,宇宙还是一个平静的所在。即使当时整个欧洲都卷入了第一次世界大战,但爱因斯坦还是认为,宇宙从整体上说应该是静止的。所以,他在1917年2月提交给普鲁士科学院的一篇论文中,为他刚出炉的广义相对论方程添加了新的一项——宇宙学常数,旨在保证宇宙永恒静止。  今天,欧洲是和平的,但宇宙却骚动不已。我们早就抛弃了爱因斯坦关于一个静止不变的宇宙的构想。如今,这个宇宙不仅在膨胀,而且
期刊
蜘蛛是世界上种类最多,分布最广的动物,据统计,世界上的蜘蛛种类超过4.5万种,此外,它们的种群很庞大,分布也非常密集,1平方米的范围内大约就有1千只左右的蜘蛛。  最近,瑞典的研究人员利用计算机模型,计算出了全球的蜘蛛大约每年的进食量。他们通过模拟得出全球大约有2500万吨的蜘蛛,而这些蜘蛛每年大约吃掉4亿到8亿吨的食物(其中绝大多数是昆虫,有些蜘蛛也吃青蛙、蛇这样的小型脊椎动物)。相比之下,同样
期刊
吃太咸的东西总让我们觉得口渴,而此前的研究也显示,盐进入人体之后,其中的钠离子和氯离子会将水分子带到肾脏,随着尿液排出体外,而含鹽量高的食物会刺激人产生更多的尿液,使人缺水。但是最新的研究显示,吃咸的东西不是让我们觉得渴,而是让人觉得饿。  研究人员发现,摄入的盐虽然将水分子带到了尿液,但是实际情况是,盐留在了尿液中,水分子则重新流到了肝脏和身体的其他部位。这很让研究人员意外,在进一步的研究中,他
期刊