周一 · 知古通今|周二 · 牧夫專欄
周三 ·太空探索|周四 · 觀測指南
周五 · 深空探索 | 周六 · 茶餘星話 | 周日 · 視頻天象
編譯：饒世豪
校對：牧夫天文校對群
後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦
地球上的各種自然過程無時無刻不在重塑著這顆星球的表面。就地質學角度而言，古代小行星撞擊留下的隕石坑在短時間內（相對地球年齡來說）會被抹去。那麼，我們怎麼才能了解地球受到小行星撞擊歷史事件的細節呢？
聰明的科學家們將目光投向了我們長久以來的陪伴者——月球。
「月亮女神（KAGUYA）」探測器
Credit: JAXA
人類致力於研究月球的探測器數不勝數，其中就包括JAXA（日本宇宙航空研究開發機構）的繞月飛行器SELENE（月球學及工程探測器），也被稱作Kaguya「月亮女神」，一組來自大阪大學的研究團隊藉助該探測器拍攝的圖像，來研究月面上的大型隕石坑。他們將成果以「Asteroid shower on the Earth-Moon system immediately before the Cryogenian period revealed by KAGUYA（「月亮女神」揭示地月系在新元古代前遭遇了小行星高頻撞擊）」為題發表在了《自然·通訊》雜誌上，該成果不僅揭示了月球受小行星撞擊的歷史，也同時反映了地球的歷史。
在地球上，古老的隕石坑大多早已被諸如火山、風力水力侵蝕等作用隱藏，但我們確信那些隕石曾經給地球造成了毀滅性的打擊，6600萬年前的希克蘇魯伯撞擊事件就能很好地詮釋這一點。
位於現墨西哥的希克蘇魯伯撞擊事件
Credit: the Alcalde
在希克蘇魯伯留下烙印的隕石直徑在10~15km，有其它研究推測，這種大小的隕石每一億年會出現一次，由於這種推測缺乏有利的證據，這支大阪大學的團隊通過研究月球表面的隕石坑，以推知長期以來小行星對地球演化造成了哪些影響。
月面上標記出的59個較為明顯隕石坑位置，這些隕石坑的直徑均在20km以上，紅色圈標記的隕石坑與哥白尼隕石坑年齡相當。
Credit: Terada et al, 2020
這個課題組挑選了直徑在20km以上的隕石坑，並選擇了其中的59個進行了深入研究，他們同時也檢查了0.1~1km直徑的隕石坑，推測出他們是由較大隕石撞擊產生的碎片造成。
研究中挑選出的幾個大型隕石坑，周圍綠色標註的是小隕石坑分布的位置。
Credit: Terada et al, 2020
在著名的哥白尼隕石坑（直徑約93km）旁，研究團隊找到了860個小型隕石坑。
哥白尼隕石坑和其附近的860個小隕石坑（綠色標註）
Credit: Terada et al, 2020
研究團隊利用「月亮女神」的數據測定了哥白尼隕石坑的年齡，作者們在文章中提到：「隕石坑的大小頻率分布測量是一個較為成熟的測定行星表面相對年齡和絕對年齡的手段。一系列的研究分析後，該課題組在上文提及的59個隕石坑中找到了8個形成時間相近的隕石坑。
隕石撞擊的極高能量能夠產生高溫熔化巖石，這些熔化的物質冷卻後形成小球粒狀的物質，從阿波羅計劃的巖石樣本中，研究者在文中提到，輻射測年法將其中一部分隕石的撞擊時間定在了8億年前。
另一個關鍵的問題是：地球在這段時間發生了什麼？如果這時有數量龐大的隕石撞擊月球表面，那地球是否也在「渡劫」？作者在文中寫道：「地月系統在這45億年內一直共同演化著，這些新的發現向我們表明，大規模的小行星撞擊不僅僅發生在月球上，地球也一定經歷了相似的災難。」
圖為NASA的月球勘測衛星拍攝的月球背面高清圖片。月球的殼層遠不及地球這麼活躍，因此月表對這些撞擊事件的記錄仍然保存完好。如果月球經歷了高流量的隕石撞擊，地球也逃不過，想像一下，地球曾經也是這麼千瘡百孔。
Credit: NASA
研究者們此時把目光轉向了一些已知的小行星，特別是叫做歐拉利亞的小行星（495歐拉利亞），在檢查了其它研究提供的歐拉利亞觀測數據後，該團隊得出結論，歐拉利亞是一顆更巨大的小行星的碎片，這顆小行星原本是在近地軌道上運行，當它解體後，僅有包括歐拉利亞這樣的碎塊倖存下來。這個小行星解體後很可能有許多龐大的碎塊流落到地球或月球上，形成了一次大型隕石雨。
據該團隊估算，至少有4×10^16 kg的隕石（約為希克蘇魯伯撞擊事件的30至60倍）陷入到地月系的引力勢阱中，在那段時期內極大程度地改變了地月系的環境樣貌。
冰成紀始於7.2億年前，持續到6.35億年前，地球歷史上最大的兩次冰河世紀都發生在段時間，大規模的隕石活動是否促使了它的開始？
月面撞擊坑的年齡分布
Credit: Terada et al, 2020
該團隊對於上述問題給出了肯定的回答，他們同時表明，仍有一些歐拉利亞族（與歐拉利亞同源）的小行星滯留在小行星帶，最近JAXA的「隼鳥二號」訪問的小行星「龍宮」就是這樣的天體，歐拉利亞族的其它小天體則演化成為了近地小行星。
研究者稱，這些隕石雨可能給地球帶來了大量的磷元素，影響了地球的環境，「磷元素的循環在晚元古宙可能發生了根本性的變化，我們的新發現表明，地外注入的元素可能同時影響了海洋生物化學循環、海洋中的氧化還原反應，造成了大規模的氣候擾動以及物種的產生。」
在一篇通訊稿中，研究第一作者寺田健太郎說：「我們的研究結果為地球科學和行星科學提供了一個新的研究角度，這會在很多學科領域產生積極的影響。」
「隼鳥二號」拍攝的小行星「龍宮」，紅點標示的是採樣點，「龍宮」可能是一個更大母天體的一塊碎片。
Credit: JAXA/Hayabusa2
這是個重要的發現，因為我們知道了小天體撞擊在地球演化中可能造成的重大影響，很多人知道位於現墨西哥的希克蘇魯伯隕石坑以及那次撞擊事件可能造成的物種大滅絕（包括恐龍），但自從5.41億年前的寒武紀生物大爆發，還有四次規模巨大的生物滅絕事件。
小行星撞擊可能在這些物種大事件中起到重要的作用，包括成冰紀的開始。但小行星撞擊或許對地球也有好的一面，大量磷元素的注入可能促進了其它一些物種的產生。
但還有一個問題：以後還會發生這種災難性的小行星撞擊事件嗎？
希克蘇魯伯撞擊事件的藝術想像圖
Credit: NASA
第一個問題的答案是肯定的，但最實際的問題是，多久發生？
這個問題目前沒有人能夠回答，但造成希克蘇魯伯事件的隕石可能每一億年有一次，或許它隨時都會到來。
人類的探測器能夠越來越靈敏地檢測到我們周圍的小天體，這就是為什麼我們幾乎每個月都會看到頭條報導，電影海報也經常醒目地印上這一行字：「小行星即將撞擊地球」。但這些小行星總是與地球擦肩而過。
責任編輯：毛明遠
牧夫新媒體編輯部
專欄打賞
『天文溼刻』 牧夫出品
小行星撞地球
Credit: VICE
謝謝閱讀