通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察月球，可以看到月球表面許多保存完好的隕石坑和黑暗的熔巖平原。
攝影： BABAK TAFRESHI, NAT GEO IMAGE COLLECTION
46億年前，太陽(yáng)系形成后不久，一枚拋射物撞擊了月球，形成了一個(gè)月1000千米寬的盆地，也就是克里西姆盆地（Crisium basin）。沒(méi)有人確切知道這次撞擊是何時(shí)發(fā)生的，但幾十年來(lái)，科學(xué)家們一直在努力解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)，這也牽扯出了一場(chǎng)更大的辯論，即在它們的早期歷史中，月球和地球是否經(jīng)歷了一段瘋狂的流星撞擊時(shí)期。
現(xiàn)在，科學(xué)家們?cè)谒阉髟摰貐^(qū)時(shí)發(fā)現(xiàn)，盆地內(nèi)的一個(gè)隕石坑似乎含有原始的撞擊熔巖，這是一種火山巖，它就像一個(gè)權(quán)威的地質(zhì)時(shí)鐘。如果未來(lái)的宇航員或探測(cè)器能夠獲得樣本并梳理出其年齡，可能有助于揭示地球首次出現(xiàn)生命的原始時(shí)期，到底發(fā)生了什么。此外，這一發(fā)現(xiàn)還帶來(lái)了一個(gè)有趣的謎團(tuán)：盆地上還有一個(gè)華盛頓特區(qū)大小的地質(zhì)泡（geologic blister），這在太陽(yáng)系中從未見(jiàn)過(guò)。該團(tuán)隊(duì)在即將發(fā)表于《地球物理研究雜志:行星》的一篇論文中指出，可能是罕見(jiàn)的地下巖漿活動(dòng)導(dǎo)致了火山塊的膨脹和破裂而后形成了這一地質(zhì)結(jié)構(gòu)，研究人員目前還無(wú)法解釋這種現(xiàn)象。
“我完全被它搞糊涂了?！笔ツ复髮W(xué)(University of Notre Dame)月球地質(zhì)學(xué)專家Clive Neal說(shuō)道。
確定“后期重轟炸”日期
我們之前的地球撞擊記錄是不完整的，很大程度上是因?yàn)榄h(huán)境風(fēng)化和板塊構(gòu)造的不斷變動(dòng)抹去了相關(guān)證據(jù)。相比之下，沒(méi)有空氣且不活躍的月球則保存了數(shù)十億年來(lái)大量堆疊起來(lái)的隕石坑。通過(guò)這種方式，我們的軌道衛(wèi)星間接記錄了地球過(guò)去的撞擊事件。
對(duì)試圖理解生命起源的研究人員來(lái)說(shuō)，知曉地球在初期發(fā)生了什么很重要。雖然科學(xué)家們對(duì)已知最古老化石的年齡仍舊爭(zhēng)論不休，但很多化石都可以追溯到35億至42.8億年前。一個(gè)令人困惑的巧合是，這恰好是地球誕生初期被太陽(yáng)系形成的殘片拋出的時(shí)候，來(lái)自月球的證據(jù)可以表明這一點(diǎn)。
阿波羅登月計(jì)劃和前蘇聯(lián)的幾次機(jī)器人探月任務(wù)從月球盆地和附近的大型隕石坑帶回了巖石樣本，研究人員利用這些樣本確定了各種撞擊事件的日期。其中許多巖石的形成年代都集中在38億年到40億年之間，表明這是本就頗多的月球撞擊事件的巔峰期。這個(gè)2億年之久的窗口期被稱為后期重轟炸（Late Heavy Bombardment）。
然而，就在最近，許多盆地的年代受到了質(zhì)疑。這些月球樣品中，有若干來(lái)源尚不清楚，目前認(rèn)為有幾個(gè)是從某些盆地噴發(fā)出來(lái)，后被扔到了其他盆地中，這樣一來(lái)，科學(xué)家就有可能做出誤判。如果像阿波羅時(shí)代的樣本所顯示的那樣，在39億年前有過(guò)一次高峰，那就很難解釋為什么在太陽(yáng)系形成之后會(huì)有一個(gè)近7億年的平靜期。北卡羅萊納州立大學(xué)(North Carolina State University)的行星科學(xué)家Paul Byrne表示:“鑒于后期重轟炸理論現(xiàn)在越來(lái)越站不住腳，我們必須確定那些大型的月球撞擊事件是否真的在大約同一時(shí)期出現(xiàn)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。”Byrne沒(méi)有參與這項(xiàng)研究。
目前只有一個(gè)盆地，也就是雨海盆地（Imbrium basin），普遍認(rèn)為是39億年前形成的，科羅拉多州博爾德西南研究所的行星科學(xué)家和小行星專家Bill Bottke說(shuō)道。我們必須從撞擊熔巖中獲取更多信息，更加精確地確定盆地年齡，才能確定撞擊高峰期是否真的出現(xiàn)過(guò)。這就輪到克里西姆盆地登場(chǎng)了。
著名月球科學(xué)家Paul Spudis在去世前一年發(fā)表了一篇論文，提出克里西姆盆地上存在原始撞擊熔巖的碎片，所以 Moriarty和同事決定利用月球軌道衛(wèi)星的數(shù)據(jù)試著找到這些碎片。確定了最純的撞擊熔巖富含鎂后，他們仔細(xì)研究了盆地中鎂元素的獨(dú)特光譜特征。
形成克里西姆盆地的最初撞擊力量十分強(qiáng)大，它產(chǎn)生了厚達(dá)15千米的熔巖。然而，不巧的是，大約36億年前，火山噴發(fā)產(chǎn)生的大量巖漿開(kāi)始涌入盆地，形成了一個(gè)廣闊的火山海，被稱為“危?！保∕are Crisium），它掩蓋了大部分的原始撞擊熔巖。
幸運(yùn)的是，先前的月球繪圖工作表明，這種情況下巖石“島嶼”與巖漿盆地可以共同存在，形成熔巖原孤丘（Kīpukas）。熔巖原孤丘在地球和月球都有發(fā)現(xiàn)，它本質(zhì)上是熔巖流包圍的一塊地，研究小組認(rèn)為，這些地方可能是克里西姆盆地撞擊熔巖暴露的地方。
隨著團(tuán)隊(duì)對(duì)該地區(qū)的深入調(diào)查，一座熔巖原孤丘逐漸醒目了起來(lái)。這一熔巖原孤丘與華盛頓特區(qū)差不多大小，呈隆起狀態(tài)，像蛋殼一樣裂開(kāi)，未被被任何其他地貌包圍。
再細(xì)看，這座原孤丘上還有一個(gè)小的隕石坑，這表明它主要是由凝固火山巖構(gòu)成的。研究小組推斷，可能是地下的某種火山活動(dòng)將它推了上來(lái)。但就目前而言，它的成因仍未解開(kāi)。盡管其上發(fā)現(xiàn)了一些撞擊熔巖，但巖石已經(jīng)嚴(yán)重變形，所以研究小組不得不繼續(xù)尋找更好的窗口來(lái)了解月球的撞擊歷史。
凝固火山丘
幸運(yùn)的是，他們?cè)诳死镂髂放璧貎?nèi)35千米寬的耶基斯隕石坑（Yerkes Crater）中發(fā)現(xiàn)了富鎂特征。這次撞擊的威力足以形成所謂的中央山峰，它由像液體一樣流動(dòng)的巖屑構(gòu)成，然后凝固成火山口中央的一個(gè)火山丘。其光譜指紋表明，這個(gè)火山丘能夠讓大量的克里西姆盆地撞擊熔巖遠(yuǎn)離熔巖海，而熔巖海最終會(huì)淹沒(méi)盆地的底部。
Neal表示，這種撞擊熔巖有可能來(lái)自耶基斯自己的地層，而不是形成克里西姆盆地的那個(gè)更大的地層。但如果研究小組的結(jié)論是正確的，那么在耶基斯的任務(wù)可能會(huì)明確地告訴我們第二個(gè)月球盆地的年齡。如果它像雨海盆地一樣，有39億年的歷史，那就支持了古代流星撞擊高峰期的觀點(diǎn)。然而，如果它的年齡更大，那就意味著隨著時(shí)間的推移，大型撞擊事件會(huì)更加分散。
如果流星暴雨更為分散，地球上只有部分地區(qū)會(huì)變成生物荒原。但是，美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的月球地質(zhì)學(xué)家Dan Moriarty表示，集中的高峰撞擊可能已經(jīng)完全融化了地殼，使得大氣中充滿了硅酸鹽蒸汽。如果這發(fā)生在生命最初出現(xiàn)的時(shí)候，那么地球上確實(shí)存在著非凡的生物，他說(shuō)道。
因此，雖然這次調(diào)查的結(jié)果提供了一些見(jiàn)解，但在我們探訪克里西姆和月球上的其他盆地之前，太陽(yáng)系誕生初期仍會(huì)是個(gè)謎。
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