仉博簡(jiǎn)

2015年，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家馬克·哈里森從20多萬(wàn)塊來(lái)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(gè)石墨斑點(diǎn)，他對(duì)這兩個(gè)斑點(diǎn)中碳-12與碳-13比值進(jìn)行測(cè)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(shí)間大約有41億年，而傳統(tǒng)的說(shuō)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(shí)間至少提前了3億年。

然而，生命過(guò)早地出現(xiàn)，卻會(huì)帶來(lái)一個(gè)巨大的矛盾。太陽(yáng)系演化的傳統(tǒng)模型認(rèn)為，41億年前的地球如同人間地獄，火山活動(dòng)活躍，巖漿在四處流淌，而且太空碎塊還對(duì)地球狂轟濫炸。按理說(shuō)，那時(shí)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(rèn)為。這個(gè)矛盾該怎么解決呢？

傳統(tǒng)模型的困惑

但在解決這個(gè)矛盾之前，我們先來(lái)談?wù)勌?yáng)系演化的傳統(tǒng)模型。

大約在46億年前，一個(gè)由塵埃和氣體構(gòu)成的巨大星云在一個(gè)不起眼的星系角落里，開(kāi)始坍縮為一個(gè)密集的球形物質(zhì)。隨著周邊越來(lái)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(yáng)誕生了。

太陽(yáng)誕生后，周?chē)€(gè)體的物質(zhì)也開(kāi)始在各自軌道上坍縮為一個(gè)個(gè)天體。離太陽(yáng)近的地方，大部分的冰水會(huì)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(yáng)遠(yuǎn)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(gè)平面上運(yùn)動(dòng)，軌道也近似圓形。

這是一個(gè)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(gè)軌道，一起繞著太陽(yáng)運(yùn)行的一大群小行星?？乱敛畮А切┻h(yuǎn)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(wú)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(guò)密集的隕石撞擊。阿波羅號(hào)宇航員從月球帶回來(lái)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(chǎng)密集的隕石撞擊的結(jié)果，而傳統(tǒng)模型也很難解釋這個(gè)現(xiàn)象。

巨行星們的遷移

一個(gè)解決方案是以一個(gè)法國(guó)城市命名的模型，叫做尼斯模型。在這個(gè)模型中，太陽(yáng)系中4個(gè)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(dòng)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(gè)過(guò)程中，遷移擾動(dòng)了無(wú)數(shù)個(gè)散落在太陽(yáng)系中的微小天體。許多陷入到木星的引力場(chǎng)中，成為特洛伊小行星，而其他的跑到太陽(yáng)系邊緣定居下來(lái)，成為有著高傾角的柯伊伯帶天體。

與此同時(shí)，許多火星和木星之間的小行星都遭受到擾動(dòng)，脫離軌道，與里層的行星相撞。這場(chǎng)劇烈的活動(dòng)，被稱(chēng)為“晚期重轟炸”，在月球上留下了一個(gè)個(gè)隕石坑，而且對(duì)剛誕生的地球也帶來(lái)一場(chǎng)嚴(yán)重的轟炸。

來(lái)自那一時(shí)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(gè)時(shí)期在地質(zhì)學(xué)中叫做冥古宙，通常認(rèn)為這時(shí)不適合生命的形成。相反，第一個(gè)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(lái)平和的時(shí)候。

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

更早的遷移

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

事實(shí)上，早在1999年，地質(zhì)學(xué)家就通過(guò)對(duì)杰克山區(qū)的鋯石進(jìn)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(duì)鋯石里氧含量的測(cè)量暗示著地表已足夠溫和，適合液態(tài)水的存在。

2013年，德國(guó)的地質(zhì)學(xué)家又找到了新的證據(jù)，表明我們之前所認(rèn)識(shí)的太陽(yáng)系形成的故事不是完全正確的。他們分析了一塊來(lái)自格林蘭島的石頭——被認(rèn)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(rèn)為這些金屬是后來(lái)的晚期重轟炸所帶來(lái)的。

2015年，又有新的發(fā)現(xiàn)對(duì)尼斯模型敲起了喪鐘。美國(guó)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(qián)伯斯發(fā)表了他們用計(jì)算機(jī)模擬太陽(yáng)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(yáng)系內(nèi)部所形成的巖石行星數(shù)最終會(huì)少于4個(gè)，水星常常會(huì)丟失不見(jiàn)。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(shí)差不多的太陽(yáng)系。

這意味著尼斯模型與現(xiàn)實(shí)差距很大。不過(guò)，卡爾布有著一個(gè)驚人卻簡(jiǎn)單的解決方法。他認(rèn)為，巨行星仍然會(huì)遷移，產(chǎn)生特洛伊小行星和柯伊伯帶，但它們行動(dòng)的時(shí)間更早——遷移時(shí)最內(nèi)層的行星仍然處在形成的過(guò)程中。這樣，模擬結(jié)果就很容易與現(xiàn)實(shí)相符。另外，巨行星更早的遷移，意味著當(dāng)?shù)厍蛲暾纬珊?，大型的撞擊物早已散去。也就是說(shuō)，之后地球所遭受到的撞擊并不像以前所認(rèn)為的那樣劇烈。

月球上的隕石坑

這個(gè)新理論不僅可以解釋為什么太陽(yáng)系會(huì)成為當(dāng)前的樣子，還可以解釋為何地球很早就有了對(duì)生命友好的環(huán)境。但有一個(gè)謎團(tuán)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(guó)普渡大學(xué)的大衛(wèi)·明頓認(rèn)為，答案就在離家不遠(yuǎn)的地方。尼斯模型認(rèn)為大部分晚期重轟炸的撞擊物來(lái)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(lái)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(shí)上卻沒(méi)有。而明頓認(rèn)為，他可能已經(jīng)找到了一個(gè)更合理的來(lái)源：火星。

他仍在研究具體的細(xì)節(jié)，不過(guò)他認(rèn)為已經(jīng)找到了一個(gè)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?yàn)檫@里是一個(gè)巨大的盆地，被稱(chēng)為北極盆地，面積大約占了火星表面積的40%。它被認(rèn)為是一個(gè)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(huì)撞到月球上，而這正好發(fā)生在距今大約39億年前。

來(lái)自SETI（搜尋地外文明計(jì)劃）的美國(guó)天體物理學(xué)家馬蒂賈·庫(kù)克有一個(gè)更為激進(jìn)的解釋?zhuān)徽J(rèn)為39億年前存在一次對(duì)月球的密集撞擊。阿波羅號(hào)宇航員從月球帶回來(lái)的巖石，雖然顯示著那時(shí)應(yīng)該存在嚴(yán)重的多次撞擊事件。但庫(kù)克認(rèn)為，這些巖石樣品都來(lái)自形成雨海（月球上的隕石坑，是太陽(yáng)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(huì)分散到月球的許多地區(qū)，所以從月球各處采集來(lái)的巖石樣品會(huì)有著大致相同的歷史，但事實(shí)上并不存在晚期重轟炸。他還認(rèn)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(duì)平靜的環(huán)境更早地出現(xiàn)，生命就會(huì)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(huì)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(shuō)明生命是極為頑強(qiáng)的，只要條件稍微改善，生命就會(huì)把握住機(jī)會(huì)。哈里森認(rèn)為，這表明宇宙的其他地方也更有可能存在著生命。所以說(shuō)，我們新修訂的太陽(yáng)系的歷史故事，指向了一個(gè)更為有趣的未來(lái)。