月球坑坑窪窪的表面隱藏著地球和太陽系的歷史

雖然小行星撞擊在地球上名聲不佳(這是恐龍標誌性的公關勝利)，但真正帶著小行星撞擊傷痕繼續生活的是我們糟糕的鄰居月球。

這是因為地球有各種各樣的方式來慢慢地風化撞擊留下的撞擊坑。這讓那些想要更好地了解在太陽系周圍飛馳的這些碎片的科學家們感到非常沮喪。因此，一項新的研究利用了坑坑窪窪的月球表面來追溯物質撞擊月球和地球的歷史，研究發現我們的鄰居月球在2.9億年前的處境要糟糕得多。

密西根阿爾比恩學院的物理學家Nicolle Zellner沒有參與這項新研究，但他說：「這是一項很炫酷的研究，主要研究我們動態的太陽系，它的存在是件好事，這會讓人們思考和測試它，所以這很令人興奮。」

在太陽系範圍內，地球和月球的距離足夠近，以致於偏離軌道的小行星撞擊地球和月球的頻率應該差不多。(地球引力越大，可能會吸引更多的小行星，而地球表面面積越大，可能會遭受更多的撞擊——但就每平方英裡的撞擊量而言，地球和月球應該是差不多的。)

科學家們在地球上只發現了大約180個隕石坑，但在月球上則發現了數十萬個隕石坑。地球用風、雨、海洋和板塊構造把它這些撞擊坑痕跡全都抹去了。「月球非常適合研究隕石坑，撞擊的一切痕跡都呆在那裡，」薩拉·馬茲魯伊(Sara Mazrouei)說，她是一名行星科學家，在多倫多大學(University of Toronto)攻讀博士期間領導了這項新研究。

但是為了追溯撞擊的歷史，科學家不僅需要識別撞擊坑，還需要估算撞擊坑的年齡。這項工程在月球上要比在地球上困難得多，因為地質學家目前還不能直接採集月球隕石坑的樣本。

因此，這項新研究背後的團隊採用了一個可能令人非常驚訝的測量方式：在漫長而寒冷的月球夜晚，撞擊坑附近的巖石能夠在多大的程度上保持熱量。這看起來似乎是一個非常隨機的測量，但當一個巨大的隕石撞擊月球時，它會撞出一個坑，並在周圍的環境中散布來自這種材料的巨石，隨著時間的推移，這些巨大的巖石會被更小的撞擊物撞碎，這些撞擊物會把它們擊成越來越小的巖石，最終形成塵土風化層。因此，研究小組認為，較老的隕石坑會被更細的巖石所包圍，而較年輕的隕石坑會被更大的巖石所包圍。

然後，當月球從14天的太陰日過渡到14天的太陰夜時，這些巖石會以不同的速率改變溫度。馬茲魯伊說：「我們的想法是大巖石可以在夜間保持熱量，而風化層或沙子則會損失熱量。隨著隕石坑年齡的增長，隕石坑周邊的巖石會變得越來越小。」也就是說，它們冷卻得更快。

因此，馬茲魯伊和她的同事們研究了美國國家航空航天局(NASA)月球勘測軌道飛行器(Lunar Reconnaissance Orbiter)上一種名為「佔卜者」(Diviner)的儀器的熱成像數據。研究小組確定了111個已知年齡小於10億年的隕石坑並分析了它們的熱特徵，再並利用月球巨石崩解速度的模型估算了它們的年齡。

結果顯示了一個有趣的模式：大約2.9億年前，月球的隕石撞擊率激增，撞擊坑的發生率似乎翻了一番還多。這可能意味著我們的太陽系在那時發生了重大的變化——研究小組提出，也許是小行星帶中的一塊巨大的太空巖石發生分裂並且運行的距離離地球和月球更近了。將我們在地球上已知的隕石坑與他們的研究結果進行比較，研究小組發現了一些類似的模式，這表明科學家們已經發現了一個非常具有代表性的隕石坑集合，儘管這個集合很小。

但並不是所有人都相信。普渡大學的行星科學家Jay Melosh沒有參與這項新研究，但他說：「這個結果很有趣，但是我認為這些結論的實際支持非常薄弱。」特別是他不相信他們所使用的巖石崩解模型，他認為這個模型沒有恰當地解釋當巖石變得更小的時候崩解過程是怎樣加速的。他沒有看到足夠的地球撞擊坑來支持有力的統計分析;他擔心他們的研究樣本太小。

「這並不意味著它是錯誤的，但也不意味著它是正確的——我們是真的不知道，」Melosh說，「不過這是一項比數據支持更進一步的宏偉嘗試。」

Zellner明白研究月球隕石坑有多麼困難：她研究的是撞擊產生的玻璃液滴，這些玻璃液滴是阿波羅號太空人帶回地球的採集樣本。但是，即使有了實驗室技術，確定這種玻璃的年代仍然是一個挑戰，而且這些樣本都來自月球表面的一小塊區域;而軌道飛行器的數據雖然可以讓科學家們覆蓋整個月球表面，但同時也有了更大的距離——這兩種方法都不完美。

Zellner說：「我們在現有的基礎上盡最大努力。這就是科學，我們說出自己的想法，然後我們再找方法來檢驗這些想法，而這些想法要麼能夠經受住時間的考驗，要麼不能。」

為了說明為什麼研究月球的撞擊史是值得的，三位科學家都給出了令人信服的理由。首先，第一個理由聽起來有點自私：隕石撞擊地球除了帶來隕石坑之外還可能會帶來一些負面副作用。

「每個人都對地球上的隕石坑率感興趣，因為我們不想像恐龍那樣滅絕，」Melosh說。那次撞擊造成的災難性後果使當時四分之三的物種都遭到了滅絕，儘管這些物種的滅絕給我們的哺乳動物祖先留下了大量繁衍的空間。「我們應該感謝我們幸運的隕石，但它對地球上的其他所有物種來說都是災難性的。」該理論認為，如果我們對隕石撞擊的影響有足夠的了解，下次我們或許就能拯救自己。

對Zellner來說，這種研究還有一種更奇特的吸引力：更多地了解我們自己的太陽系，不僅可以幫助科學家們了解我們的鄰居，還可以幫助科學家們了解他們正在不斷發現的外星太陽系的塑造過程。

馬茲魯伊將這項工作視為不同太陽系天體可以如何相互啟發的一個例子。她的一位合著者已經在期待著BepiColombo任務登陸水星，該任務現在已經裝備了一種類似於在月球上使用的儀器，屆時將會為撞擊坑研究提供另一個角度。

地球是一個很適宜生活的地方，但是科學家們不能在地球拼湊出地球的過去。馬茲魯伊說，要了解我們的星球經歷了什麼，我們需要研究月球及其原始的坑洞表面。「我們還可以梳理出地球的許多歷史。」

這項新研究發表在1月17日的《科學》雜誌上。