不可能的星辰往事太陽系起源故事需要重寫？

仉博簡

2015年，美國地質(zhì)學(xué)家馬克·哈里森從20多萬塊來自澳大利亞杰克山區(qū)深處的巖石碎片中，找到一塊特殊的鋯石。這塊鋯石上有兩個石墨斑點，他對這兩個斑點中碳-12與碳-13比值進行測定后，發(fā)現(xiàn)其比值竟符合生物通常所具有的比值。但這塊鋯石所在的地質(zhì)時間大約有41億年，而傳統(tǒng)的說法是地球生命出現(xiàn)在38億年前。所以，這意味著我們的地球第一次出現(xiàn)生命的時間至少提前了3億年。

然而，生命過早地出現(xiàn)，卻會帶來一個巨大的矛盾。太陽系演化的傳統(tǒng)模型認為，41億年前的地球如同人間地獄，火山活動活躍，巖漿在四處流淌，而且太空碎塊還對地球狂轟濫炸。按理說，那時候地球上不可能有生命出現(xiàn)，然而哈里森的鋯石卻不這么認為。這個矛盾該怎么解決呢？

傳統(tǒng)模型的困惑

但在解決這個矛盾之前，我們先來談?wù)勌栂笛莼膫鹘y(tǒng)模型。

大約在46億年前，一個由塵埃和氣體構(gòu)成的巨大星云在一個不起眼的星系角落里，開始坍縮為一個密集的球形物質(zhì)。隨著周邊越來越多的物質(zhì)被拉向它，其核心的溫度和壓力不斷地增加，最終這里發(fā)生了核聚變。核心釋放出大量的能量。此刻，太陽誕生了。

太陽誕生后，周圍小個體的物質(zhì)也開始在各自軌道上坍縮為一個個天體。離太陽近的地方，大部分的冰水會被蒸發(fā)掉，只留下主要由金屬化合物構(gòu)成的較小的巖石行星。離太陽遠的地方，氣體和冰可以大量聚集，最終形成木星等氣態(tài)巨行星。所有的行星差不多都在一個平面上運動，軌道也近似圓形。

這是一個很好的歷史故事，但是很明顯，故事不是完整的。首先，它很難解釋所謂的特洛伊小行星——那些與木星共用同一個軌道，一起繞著太陽運行的一大群小行星?？乱敛畮А切┻h在海王星之外的小天體，其中也包含冥王星——同樣也很難理解：許多柯伊伯帶里的天體的軌道與行星軌道平面有著巨大的傾角，而傳統(tǒng)模型卻無法解釋這種情況。

最令人困惑的是，有證據(jù)顯示月球曾經(jīng)受過密集的隕石撞擊。阿波羅號宇航員從月球帶回來的巖石暗示，月球表面上多數(shù)的隕石坑是發(fā)生在39億年前的一場密集的隕石撞擊的結(jié)果，而傳統(tǒng)模型也很難解釋這個現(xiàn)象。

巨行星們的遷移

一個解決方案是以一個法國城市命名的模型，叫做尼斯模型。在這個模型中，太陽系中4個氣態(tài)巨行星最初的位置比現(xiàn)在靠得更加緊密。最初的位置是不穩(wěn)定的，導(dǎo)致了幾億年的引力動蕩：巨行星們從原位置逐漸遷移到它們現(xiàn)在的位置。在這個過程中，遷移擾動了無數(shù)個散落在太陽系中的微小天體。許多陷入到木星的引力場中，成為特洛伊小行星，而其他的跑到太陽系邊緣定居下來，成為有著高傾角的柯伊伯帶天體。

與此同時，許多火星和木星之間的小行星都遭受到擾動，脫離軌道，與里層的行星相撞。這場劇烈的活動，被稱為“晚期重轟炸”，在月球上留下了一個個隕石坑，而且對剛誕生的地球也帶來一場嚴重的轟炸。

來自那一時期的固體巖石表明，早期大部分地表都被熔巖覆蓋著。再加上晚期重轟炸，這使得地球變?yōu)榱巳碎g地獄。這個時期在地質(zhì)學(xué)中叫做冥古宙，通常認為這時不適合生命的形成。相反，第一個生物留下的碳痕跡，則出現(xiàn)在距今約38億年，恰巧大致出現(xiàn)在晚期重轟炸行將結(jié)束，地球終于迎來平和的時候。

因此，如果使哈里森興奮的石墨斑點真的是生命留下的話，那么生命是怎么在一個似乎不可能的時間上出現(xiàn)的？

更早的遷移

解決矛盾的最簡單的辦法是，早期地球地獄般的環(huán)境，應(yīng)該比之前所認為的要短暫的多。

事實上，早在1999年，地質(zhì)學(xué)家就通過對杰克山區(qū)的鋯石進行了分析，發(fā)現(xiàn)早在約44億年前，一部分地表就發(fā)生了冷卻。更重要的是，對鋯石里氧含量的測量暗示著地表已足夠溫和，適合液態(tài)水的存在。

2013年，德國的地質(zhì)學(xué)家又找到了新的證據(jù)，表明我們之前所認識的太陽系形成的故事不是完全正確的。他們分析了一塊來自格林蘭島的石頭——被認為可能是最古老的巖石，結(jié)果表明早在大約41億年前，地球上就有著大量的金和鉑，而之前認為這些金屬是后來的晚期重轟炸所帶來的。

2015年，又有新的發(fā)現(xiàn)對尼斯模型敲起了喪鐘。美國俄克拉荷馬大學(xué)的內(nèi)森·卡爾布和卡內(nèi)基研究所的約翰·錢伯斯發(fā)表了他們用計算機模擬太陽系形成的結(jié)果。他們的模擬是基于尼斯模型的，但結(jié)果顯示在多數(shù)情況下，太陽系內(nèi)部所形成的巖石行星數(shù)最終會少于4個，水星常常會丟失不見。只有在不到1%的情況下，基于尼斯模型的模擬才能創(chuàng)建出與現(xiàn)實差不多的太陽系。

這意味著尼斯模型與現(xiàn)實差距很大。不過，卡爾布有著一個驚人卻簡單的解決方法。他認為，巨行星仍然會遷移，產(chǎn)生特洛伊小行星和柯伊伯帶，但它們行動的時間更早——遷移時最內(nèi)層的行星仍然處在形成的過程中。這樣，模擬結(jié)果就很容易與現(xiàn)實相符。另外，巨行星更早的遷移，意味著當?shù)厍蛲暾纬珊螅笮偷淖矒粑镌缫焉⑷?。也就是說，之后地球所遭受到的撞擊并不像以前所認為的那樣劇烈。

月球上的隕石坑

這個新理論不僅可以解釋為什么太陽系會成為當前的樣子，還可以解釋為何地球很早就有了對生命友好的環(huán)境。但有一個謎團仍然存在。如果巨行星的遷移發(fā)生在地球和月球形成之前，地球和月球形成后，遷移引發(fā)的晚期重轟炸應(yīng)該就結(jié)束了。那么是什么東西造就了月球表面的隕石坑呢？

美國普渡大學(xué)的大衛(wèi)·明頓認為，答案就在離家不遠的地方。尼斯模型認為大部分晚期重轟炸的撞擊物來自小行星帶。但是，月球上隕石坑的大小分布，與小行星的并不匹配。如果撞擊物真的來自小行星帶的話，那么月球上應(yīng)該有更多更大的隕石坑，但事實上卻沒有。而明頓認為，他可能已經(jīng)找到了一個更合理的來源：火星。

他仍在研究具體的細節(jié)，不過他認為已經(jīng)找到了一個證據(jù)。這顆紅色星球的北半球很低洼，而且比南半球更平整。這是因為這里是一個巨大的盆地，被稱為北極盆地，面積大約占了火星表面積的40%。它被認為是一個直徑約為2000千米的撞擊物形成的，撞擊后產(chǎn)生的碎片應(yīng)該會撞到月球上，而這正好發(fā)生在距今大約39億年前。

來自SETI（搜尋地外文明計劃）的美國天體物理學(xué)家馬蒂賈·庫克有一個更為激進的解釋，他不認為39億年前存在一次對月球的密集撞擊。阿波羅號宇航員從月球帶回來的巖石，雖然顯示著那時應(yīng)該存在嚴重的多次撞擊事件。但庫克認為，這些巖石樣品都來自形成雨海（月球上的隕石坑，是太陽系中最大的隕石坑）的撞擊物。形成雨海的這次撞擊產(chǎn)生的巖石碎片，會分散到月球的許多地區(qū)，所以從月球各處采集來的巖石樣品會有著大致相同的歷史，但事實上并不存在晚期重轟炸。他還認為，如果晚期重轟炸真的不存在，那么也暗示著早期地球的環(huán)境也不是那么極端。

不管是哪種方式，地球上相對平靜的環(huán)境更早地出現(xiàn)，生命就會更早地出現(xiàn)。于是，就有了杰克山區(qū)的那塊鋯石。哈里森已經(jīng)在杰克山區(qū)發(fā)現(xiàn)了另一塊包含石墨的鋯石，他將會繼續(xù)分析里面的石墨。

如果最早的生命并不是誕生在距今約38億年前，而是比預(yù)期的提前了幾億年，這說明生命是極為頑強的，只要條件稍微改善，生命就會把握住機會。哈里森認為，這表明宇宙的其他地方也更有可能存在著生命。所以說，我們新修訂的太陽系的歷史故事，指向了一個更為有趣的未來。