太阳系的起源并非现在所认知的

伤我心太深

　　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，但结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。