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月球坑洞推算 小行星撞擊地球次數近 2.9 億年增 3 倍

2019/1/23 — 11:56

圖片來源:nasa

圖片來源:nasa

遠古地球曾遭大量小行星撞擊,而最新刊於《科學》的研究發現,在約 2.9 億年前至今,小行星撞擊次數比 7.1 億年前多約 2–3 倍。

此前已有研究提出地球在 45 億年歷史期間,曾遭大量小行星撞擊。不過,地球地面坑洞證據卻顯示,大多撞擊事件都是在較後期發生,早期紀錄反而較少。有地質學家認為此現象可能只是數據偏差,歷年的地質活動、風化作用都令地球上較早期的小行星坑洞消失。

帶領研究的多倫多大學行星科學家 Sara Mazrouei 認為月球表面如同「時間囊」,當小行星或其他物件撞擊月球時,除會形成坑洞,還會將巨石撞飛,並散落至附近區域。她的團隊估計,十多億年的撞擊或令岩石變成微幼的表岩屑 (Regolith) 。一般岩石在日間時會吸收熱能,在晚間則會慢慢將熱能散至四周;相反,表岩屑則會迅速冷卻。科學家可透過測量到坑洞內的岩石跟表岩屑比例,追溯到小行星撞擊月球的年期。

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Mazrouei 團隊利用此方法,找到共 111 個至少有 10 公里直徑的月球坑洞,並利用美國太空總署月球堪測軌道飛行器 (Lunar Reconnaissance Orbiter) 量度坑洞外圍的岩石—表岩屑比例,以估算坑洞何時形成。數據顯示比起 7.1 億年前, 2.9 億年前至今的小行星撞擊月球的次數竟多約 2.6 倍。撞擊次數增加的時間,也與地球近 2.9 億年來的大規模滅絕時間吻合。由此推論,地球受撞擊的次數可能相近。不過,現時科學家仍未能完全確認 2.52 億年左右大死亡 (Great Dying) 發生的成因,但近年的研究顯示西伯利亞火山大爆發造成的氣候變化更有可能觸發這次大規模滅絕事件。

此外,研究人員測量了地球上共 38 個大型坑洞的數據。研究人員指出,這批數據並不足以當作小行星撞擊時間的實質數據,因為地球不同地質活動可能已影響數據結果。因此,研究人員再聯同修咸頓大學地質學家 Thomas Gernon 利用角礫雲橄岩 (kimberlites) 分析過去數億年的地質侵蝕數據,而這種岩石能保存著多年來侵蝕紀錄。

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他們發現大多地球地層都沒有受到太大地質侵蝕問題,反映早期撞擊數據仍有機會可被保留至今。研究團隊對比月球與地球數據後,均發現早期小行星撞擊活動較少,並突然在數億年前大幅增加。不過,研究人員也發現 6.5 億年前的地球坑洞數據近乎消失,但月球則同時紀錄到為數不少的撞擊坑洞。去年另一由地質學家 C. Brenhin Keller 的研究可能解釋到此現象,他們估計地球大陸在此時期曾有大量變動,而地球雪球假說 (Snowball Earth) 亦指出曾覆蓋地球的冰川退卻時,可能已將地表「修整」好,整片地質紀錄被抹去。

不過,普渡大學行星科學家 David Minton 就認為,月球表面數據並非全無瑕疵。其中一個問題是月球岩洞的侵蝕率未必是完全不變,此變動有機會令估計出現誤差。而另一位行星科學家 Jay Melosh 亦指出,月球岩石數量不足,難以證明 Mazouei 團隊提出的分析是否屬實。

研究人員認為若證實小行星撞擊之數曾有增加,也即代表曾大幅變動的遠古太陽系小行星帶可能是成因之一。有份參與研究的 William Bottke 認為太陽熱力有機會會令部份小行星家族的位置出現變動。此些變動有時會脫離其行星帶,移動至較近太陽的位置。Bottke 認為其中一組小行星家族可能就是引發了恐龍滅絕事件的「幕後黑手」。

一旦結果屬實,即小行星撞擊次數增加,或反映遠古生物、恐龍,以至現代人類都可能處於較甚外來小行星威脅的陰霾之下。此發現也可能為地球由 2.9 億年前至今的三次大滅絕事件,以及對地球生物演化史的影響提供線索。 

來源:
Quanta Magazine, Asteroid Rate Jumped in Solar System’s Past, 17 January 2019

報告:
Mazrouei, S., Ghent, R.R., Bottke, W.F., Parker. A.H. & Gernon, T.M. (2019). Earth and Moon impact flux increased at the end of the Paleozoic. Science, 363, 6424. DOI: 10.1126/science.aar4058

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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