地球还没诞生,太阳系就碎过一颗“地球”了?
2019-09-30 08:10

地球还没诞生,太阳系就碎过一颗“地球”了?

文章来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:溯鹰,编辑:Steed,封面:视觉中国


所谓“一沙一世界,一花一天堂”,在科学家的眼中,一粒沙有时候真能让人窥见一个失落已久的世界。


当然,确切来说,并不是真的一粒沙,而是一块编号NWA 11119的陨石。对这块陨石的研究,刷新了人类以往的认知。


这块年龄比地球还要古老的陨石,透露出了这样一个讯息:你们地球引以为傲的环境——那孕育了生命、自称独一无二的环境——在地球诞生之前,可能早就出现在其他星球上了。


流星的馈赠


所谓“陨石”,字面意义太过简单,不外乎是“天上陨落的石头”。外太空的石块被地球的引力吸引,坠入地球表面。在与大气层高速摩擦中,发光发热,成为流星。如果石块足够大,在摩擦过程中未被燃烧殆尽,那么落在地上,就成为了陨石。


陨石——流星的馈赠,太阳系早期演化的见证者 | meteorites.asu.ed


把陨石黯淡的外壳切开,将它磨成光滑的平面,它们那美丽、精密的结构,便可一睹真容。陨石的成分和结构,与地球上见到的岩石并不一样。


有的陨石以锥纹石和镍纹石为成分,像织毛衣一样,细密地编织着六边形的修长棱片;有的则以金属般闪烁的光泽为基质,基质里镶嵌着翠绿而透明的橄榄石;还有一些陨石则没那么漂亮,杂乱的基质中,混杂着斑驳的矿物球粒。


铁陨石的内部切面。锥纹石和镍纹石交切排列成工整的三角图案,称为魏德曼结构。这块陨石是古老星体的核心碎片 | catawiki.com


在地质学家眼里,这些奇异的成分和陌生的斑图结构,根本无法在类似地球表面的环境中产生。


比如锥纹石和镍纹石,只有在大型星球的最深处(即星核里)才能熔造而成,只有那难以想象的高温高压,才能将元素挤压成如此致密的晶体,并将晶体组装成交织规则的阵列。


而那些富含橄榄石的石铁陨石,则有着地幔和地核交界处的特征。人们对这些物质进行了测年,发现大部分都形成在45亿~46亿年前,即太阳系起源的时代。


石铁陨石的内部切面,晶莹的橄榄石晶体镶嵌在金属基质中。它来自于另一颗行星地核与地幔的交界处 | link2universe.net


于是,人们把陨石——这种天上落下来的稀有小石块,和古老的星球残骸大胆联系在了一起。这些在太空中茫茫飘荡的小石块,可能都是太初时代夭亡的原始星球的碎片。


它们和地球一样,近乎同时诞生在太阳系的幼年里。后来这些星球迸裂了,它们的星核、星幔、星壳…统统迸溅在冰冷的宇宙中,直至亿万年后被地球引力场捕获,成为陨石。


陨石起源示意图 | ehman.org


古老的演化



然而,并不是任何一个星球都可以拥有成型的“核-幔-壳”三元结构。还是那句话,演化是特权,只属于体积较大的个体。


所有的行星——无论是早已消亡的那些、还是幸存至今的八大行星,都是由小小的尘埃和石块凝聚而成的。在冰冷的宇宙中,小物件儿没有足够的保温能力去维持演化所需的热量。大部分时候,只有大到足以形成球状的天体(即达到静力平衡态),才能启动演化剧幕的第一章:行星分异。


这四个字囊括了天体演化的本质,它的内涵却异常简单:重的物质不断沉到底部,轻的物质不断浮向表面。


行星分异的过程,其实就是重的下沉,轻的上浮  | Smithsonian Museum of Natural History


在一团混沌的太阳系原始星云里,有铁镁铝钙,还有氢碳氮氧,大家均匀而平等地分布着。但如果某处出现了引力中心(即星球的球心),不同比重的物质就会在引力场的作用下,纷纷排列归位。


在这些主量元素里,铁最沉,因而沉到星球的球心,凝聚成星核;而镁、硅和钙次之,于是构成地幔。最后剩下的那些缥缈的气体元素——碳氮氢氧,则组装成气体分子,构成星球的大气层。正是因为如此,当人们在陨石里看到纯铁镍质时,方知它曾是大型星球的星核,而看到橄榄石开始在铁质基质里出现时,则知道这是星核向星幔过渡的部位。


纵然激活了行星分异,但对大部分球形天体来说,这第一幕,基本也就是终幕了。原因很简单:它们仍然不算大。行星分异完成后,核心的热量也逐渐消耗得差不多了,它们从外到内逐渐冷却,失去了继续演化下去的动力。


到最后,整个太阳系里能在亿万年尺度下一路折腾至今仍活跃不息的固态行星,也就只剩地球和金星两个相依为命的姊妹,以及那几个抱着巨行星大腿,靠它们巨大的引力勉强续命的小小卫星们,比如木卫一、土卫二之类了。


木卫一Io,是太阳系里火山活动最频繁的星球,不过它的火山活动是由木星施加的引力潮汐力产生的 | NASA/JHU Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute


于是乎,今天这些星球上的环境,几乎可以用独一无二来形容。


比如地球,身为太阳系体积最大的岩质行星,它的核心足够大、足够灼热,当完成行星分异之后,它进一步开始朝着“野心更大的世界”越走越远——热能从核心源源不断地向外逸散,最终传导到星球表面,令岩石圈成功激活板块活动。


而另一方面,它们庞大的质量则将浓郁的大气层牢牢吸附在表面,当阳光射进大气层,诱发气象运动和风化作用,为环境的演化提供基础。在这些因素的综合使然下,它最终在几十亿年的演化历程中,酝酿出了生命和文明的奇迹。


但那块编号NWA 11119的陨石,却把人们的认知彻底刷新了。它的出现似乎意味着,在太空中孤独前行了亿万年才辛勤耕耘出的地球这个“独有新世界”,突然在历史起点出现了一个“平行副本”?更细思恐极的是,它甚至比地球的诞生还要更早。



夭亡新世界


如果抛开它身为陨石的事实,只看NWA 11119的成分,地球人会觉得它太过亲切。不像其它陨石动辄是什么星核星幔的碎片,它是一块扔在地球上再普通不过的个体:一块火山岩,即火山喷发时凝固的熔岩。


可它的其它结构,却佐证着它同时亦是一块如假包换的陨石。科学家测定了它的年龄,发现比地球还要老。考虑到陨石是破碎星球的碎片,它的存在,也就意味着在地球都还没形成的岁月里,太阳系某颗古老的星球上已经开始有火山喷发了。喷发出的东西凝固在了当时那颗星球的地壳上。


后来星球炸了,这火山岩就随着它的星壳一起散落在宇宙中,一呆就是46亿年,最后落在地球上。


NWA 11119的标本照片。绿色的辉石斑晶镶嵌在富含长石的基质中,表征着它是一块中性的火山岩——“安山岩”。这类岩石地球上不罕见,可宇宙中呢…… | Bad Astronomy


真正让科学家大跌眼镜的,其实是它的成分:这块火山岩,是一块安山岩(Andesite)。而安山岩——就目前来看——只有在地球这种长期不断活跃的行星上才会出现,它是一种演化上高度成熟的岩石类别。


“安山”是安第斯山(Andes,位于南美)的简称,本意指安第斯山脉的火山弧特有的喷发产物。后来地质学家发现在全球只要地质构造背景属于陆缘火山弧,都能喷出这种东西,于是就把安山岩的名字扩大化,泛指这一类岩石。


而安山岩和陆缘弧的出现,需要一个近乎充分的条件:板块构造。


这就几乎动了地球的命根子。要知道,地球被称为“亿万年不息的蓝色水珠”,可不仅是因为它有生命,而是因为它有板块构造。这是它傲立宇宙的看家本事。


如果没有板块构造,今天地表日日新又日新的活跃环境变化便不存在;如果没有板块构造。表生环境和内生地质作用之间的物质和化学循环就无从建立,对生命演化极端重要的那些化学环境和化学平衡也就无望出现。


地球上的安山岩,往往是在复杂的的板块构造环境下形成的,比如典型的安第斯陆缘弧。现在,这块陨石告诉我们:一颗比地球更古老的星体其实早有了这些?| miracosta.edu


现在新发现的这颗以安山岩为成分的陨石,起码说明了两点。


第一点:要么,安山岩不一定必须在板块构造下才能形成,其他行星演化过程照样会形成这类岩石;第二点——则更加细思恐极了:是否太阳系在地球还没出现之前,就孕育出了一颗已经具有板块构造的原行星呢。


毕竟,板块构造意味着三大贡献:维持地表热量、维持星体内外物质循环、维持生命起源所需的复杂化学势。如此一来,谁敢保证生命的萌芽没有在早夭的异星上先行出现呢?


可是一切只能留给想象了。当年的所有可能性都已消逝,星星早已碎去,茫茫的太空,太初时代的它,只留给今日的人类一块巴掌大的“宇宙安山岩”碎片。无论这块碎片背后曾代表着何等壮丽的故事,它也早已毁灭在46亿年前的历史深渊里了。


假如它幸存下来,会不会成为地球的姊妹星?会不会和地球共享优势、平行地孕育出两套高等生命体系?或许吧。


不过历史容不下假如,这些问题,大概永远不会有答案了。


每一个星陨之夜,又有多少曾经壮丽的景象,落入地球 | aolcdn.com


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