通過望遠(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，太陽系形成后不久，一枚拋射物撞擊了月球，形成了一個月1000千米寬的盆地，也就是克里西姆盆地（Crisium basin）。沒有人確切知道這次撞擊是何時發(fā)生的，但幾十年來，科學(xué)家們一直在努力解開這個謎團(tuán)，這也牽扯出了一場更大的辯論，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期。
現(xiàn)在，科學(xué)家們在搜索該地區(qū)時發(fā)現(xiàn)，盆地內(nèi)的一個隕石坑似乎含有原始的撞擊熔巖，這是一種火山巖，它就像一個權(quán)威的地質(zhì)時鐘。如果未來的宇航員或探測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)生命的原始時期，到底發(fā)生了什么。此外，這一發(fā)現(xiàn)還帶來了一個有趣的謎團(tuán)：盆地上還有一個華盛頓特區(qū)大小的地質(zhì)泡（geologic blister），這在太陽系中從未見過。該團(tuán)隊在即將發(fā)表于《地球物理研究雜志:行星》的一篇論文中指出，可能是罕見的地下巖漿活動導(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，很大程度上是因為環(huán)境風(fēng)化和板塊構(gòu)造的不斷變動抹去了相關(guān)證據(jù)。相比之下，沒有空氣且不活躍的月球則保存了數(shù)十億年來大量堆疊起來的隕石坑。通過這種方式，我們的軌道衛(wèi)星間接記錄了地球過去的撞擊事件。
對試圖理解生命起源的研究人員來說，知曉地球在初期發(fā)生了什么很重要。雖然科學(xué)家們對已知最古老化石的年齡仍舊爭論不休，但很多化石都可以追溯到35億至42.8億年前。一個令人困惑的巧合是，這恰好是地球誕生初期被太陽系形成的殘片拋出的時候，來自月球的證據(jù)可以表明這一點。
阿波羅登月計劃和前蘇聯(lián)的幾次機器人探月任務(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，有若干來源尚不清楚，目前認(rèn)為有幾個是從某些盆地噴發(fā)出來，后被扔到了其他盆地中，這樣一來，科學(xué)家就有可能做出誤判。如果像阿波羅時代的樣本所顯示的那樣，在39億年前有過一次高峰，那就很難解釋為什么在太陽系形成之后會有一個近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期出現(xiàn)，這一點至關(guān)重要?！盉yrne沒有參與這項研究。
目前只有一個盆地，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。這就輪到克里西姆盆地登場了。
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特光譜特征。
形成克里西姆盆地的最初撞擊力量十分強大，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)生的大量巖漿開始涌入盆地，形成了一個廣闊的火山海，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)隊對該地區(qū)的深入調(diào)查，一座熔巖原孤丘逐漸醒目了起來。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，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將它推了上來。但就目前而言，它的成因仍未解開。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)尋找更好的窗口來了解月球的撞擊歷史。
凝固火山丘
幸運的是，他們在克里西姆盆地內(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的巖屑構(gòu)成，然后凝固成火山口中央的一個火山丘。其光譜指紋表明，這個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，而熔巖海最終會淹沒盆地的底部。
Neal表示，這種撞擊熔巖有可能來自耶基斯自己的地層，而不是形成克里西姆盆地的那個更大的地層。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)可能會明確地告訴我們第二個月球盆地的年齡。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。然而，如果它的年齡更大，那就意味著隨著時間的推移，大型撞擊事件會更加分散。
如果流星暴雨更為分散，地球上只有部分地區(qū)會變成生物荒原。但是，美國宇航局戈達(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)的時候，那么地球上確實存在著非凡的生物，他說道。
因此，雖然這次調(diào)查的結(jié)果提供了一些見解，但在我們探訪克里西姆和月球上的其他盆地之前，太陽系誕生初期仍會是個謎。
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