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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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[大事件]行星撕裂的惨剧,地球或许也经历过   

2013-11-12 10:22:34|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:溯鹰

“这年头搞星际主题的科幻,不毁掉一两个星球总感觉不是那码事儿”——前段时间热映的科幻电影《超人·钢铁之躯》算是再次验证了这句话。这次超人不仅没了内裤,也没了母星。当载着还是氪星婴孩的超人的飞船向地球驶去后不久,氪星便从内核向外爆裂,连同它的文明一起,刹那间化为了宇宙的尘埃。

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撕裂行星?

行星自身从内部爆裂,在荧屏上来说是有够炫,但哪一天要是地球也被这么爆一回该怎么办?毕竟,地球是个能量罐,在其最深的内部,蕴含着10??焦耳的热量[1]。伟大的“地下太阳”——地核,封存着太阳系形成之前由超新星爆发而形成的放射性残留物质。这些封存在地核中的放射性同位素发生衰变产生的能量以地热的形式源源不断地输送出来,构成地球内部热源的80%。除此之外,地球形成于太阳系早期行星盘内大量碎屑物质的撞击成核。这个过程也会把那些成核小天体们的动能转化成内能,而这些能量能占到地球内部热源的20%左右[2]。所以,我们脚下的这片“冷冰冰”的大地,实质上是一个如此不得了的能量球。如果说生活中常见的煤气罐已经足以令人战栗,那么地球哪天如果调皮的话,后果还用多想吗。

当然文章到了这步,差不多该出现某个转折了,比如地学家和行星学家们会告诉人们大可不必如此杞人忧天。首先,咱们现在的地质运动:大到板块运动、地幔柱上涌、软流圈对流,小到地震、火山、热泉,归根溯源,能量的提供者都是最深部的那个聚变炉——地核。

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【日本九州岛南部的新燃岳火山在2011年1月喷发的场景——这只是地核能量的微观展现】

地球的能量其实天天都在释放,没有这个“煤气罐”咱们压根就活不下来;其次,当今地球的热力梯度也远低于它刚形成的那个时期——3亿年前单位时间内地球的同比产热甚至能达到今天的两倍[3]。当地球在三十多亿年前经历完后期重轰炸之后,总能量便基本已经固定而不再大规模增加了。地球的演化要持续不断地消耗这些能量,所以,热力梯度只会越来越小而不会越来越大,如果真想让它“过热”而爆,最起码也得是演化早期的事儿,轮不到今天这个半温不凉的状态。

至于人为引爆——或许就像电影中氪星人在短时间内大量撷取行星内部能源啊,什么聚变造成显著质量亏损,然后引力不足从而导致撕裂啊之类的,咱们自己脑补一下就行了。科学家的回答我们应该想都想得到——肯定又是那句万年不变的“目前没有任何证据或实验支持……”,好了我自觉打住。

所以到这份儿上,又是尘归尘,土归土,科幻算科幻,科普是科普了……吗?等等,还真没完。地球爆裂这事儿并不是没可能。据地学界当今公认的主流假说,早期地球还真被爆过地核一次。只不过,这次致命伤不是地球自己的内力所为——人类当然是不行了,毁灭98%物种的超级地幔柱也不行,甚至对地球进行重轰炸的小行星都不行,这些东西虽然足以毁掉生物圈,但想把一颗行星搞掉,火候还差得远呢。想打地球的主意?战斗力最起码得旗鼓相当——一句话,这是行星vs.行星的故事。

深大冲击

深大冲击(Giant Impact),又译大碰撞说,是科学界为解释最早期地球系统形成而提出的一套假说。46-44亿年前的事儿,因此,可以算是恢宏地球叙事的第一章了。正如大家想象的那样,没人观测到这次事件(这不废话么……),暂时也没有什么学者做实验来验证(就算有技术谁敢啊……),但这不妨碍该假说以最完备的解释而成为目前学界公认的主流学说[4],所以,接下来所有的信息都是依据该假说而进行的描述,不代表地球当时一定就这么爆过一次。简单来说,深大冲击过程是这样的:当时的地球轨道上,运行着两颗原行星。其中一个是咱们的主角地球,还有一个叫忒伊亚(Theia)——据称有火星般大小。他们和其他天体小伙伴们一起绕着太阳转啊转、结果转着转着就撞到一块儿了。

地球跟“火星”相撞是个啥概念?据科学家描述,地球的早期地幔被直接撕开,忒伊亚直接轰进位于地球最深部的地核,两者都彻底烂掉了。你可能会想,这还了得啊,最深部的地核都被打开了这行星还能“行”不?还好,由于地核中相当高的比例是液态金属物质,因此,撞击之后,忒伊亚的铁核,可以像水中的石头一样沉入地球的核心,与之融合到一起,成为一个全新行星的内核;而两者的地幔主体也呈塑性,可以在撞击之后在引力的作用下相互吸积,成为破坏之后新生地球的地幔。最可怜的是这俩原行星最表层的固态物质(或者溅出的熔融物质冷凝而成的固体),就这样被巨大的撞击力抛进了茫茫太空。不过,它们中的很多却并没有跑去什么“星辰大海”,而是乖乖地被新地球巨大的引力固定在地球轨道上。碎屑们转着转着,由于初速度不一样,它们之间也会碰撞,融合,慢慢就把自己也转成个球了。这个球陪着新生的地球开始转,一转就是45亿年,直到今天,才有了一个听上去貌似还挺不错的名字——月亮。

冲击见证

月亮,对,就是月亮。如果没有它,还真可能就没有深大冲击理论了。什么意思呢,首先,什么事件都只有在留下“物证”的情况下才能被侦(dìzhì)探(xuéjiā)们发觉,所以,要想在时间上精确锁定一次远古地质事件,需要靠对固态行星物质(地球的“行星物质”嘛,其实就是岩石)进行定年。科学家们在地球上进行了大量的定年,但却永远突破不了38亿年这个线。换句话说,就是永远找不到比38亿年更老的岩石。由此,当时人们认为——地球差不多就是那个时候形成的。因为定年数据确实作为第一手证据在那儿摆着,当时的故事也就以这种形式一锤定音了。

自从人们盯上了月亮起,早期地球的故事便开始重新扑朔迷离起来。阿波罗登月的一系列新发现一下子扩充了早期地球历史的深度。对月岩样本定年发现,样本值可以轻松突破“38线”,在46亿-38亿年间开心分布,直到~45-~46亿年才重新出现一道坎儿。这着实是个很奇怪的事儿。在地球都没有的时代,那个月亮头居然存在着?这是什么节奏?赶紧改模型!为此,科学家们重新对地球早期历史做出了这样的解释:当时的地球表面还是一片完全融透的岩浆海,根本没有岩石能稳定保存下来,所以,当然就不可能靠岩石来追溯那个时期的事件了。地球的“缺席”是解决了。但这依然无法对月球的诞生做出解释。随后,来自地球化学和天文学方面的研究则彻底把两者绑到了一起——同位素和月球结构研究都倾向于认为两者是同源的,换句话说,月球,其实衍生自它的主人——地球。

UkIel2SXNuVwrsQcwa2Jch6K9FIDjAqFE4roOTHacBGFAgAA_AAAAEpQ20世纪后半叶本来就是个对月研究飞速发展的阶段,在多学科的证据前,深大冲击理论初见端倪。首先,其次,再次。科学家们利用种种来解释这件事儿,最终,一个对各方面都较好的模型提出来了。

 原来,深夜的明明皓月,就是那个早期被撕裂的地球的残骸。所以,当以后身边有谁读完一本科幻开始准备感慨“撕星”的时候,就果断带着他/她去看看头顶那轮明月吧——作为46亿年前行星灾难中的新生儿,它见证了某个时代,或者说,它本身就是某个时代。

46亿年前到38亿年前,地球最早的时代,地球重重创伤(深大冲击、全球融透、后期重轰炸)的时代,地球她本身不太愿意向我们提及的“失落时代”,这段时期其实有一个更加形象的名字——冥古宙(Hadean)。人们根据珍贵的证据提出设想,那是一个天地混沌初开的世界,火海融透,陨星迸溅,那里绝然没有生命,是行星可以撞向行星的黑暗纪元。

 参考资料

[1] Fridleifsson et al, 2009. The possible role and contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change. IPCC Scoping Meeting on Renewable Energy Sources. Luebeck, Germany

[2] How Geothermal energy works, Link

[3] Turcotte DL et Schubert G, 2002. Geodynamics (2 ed.). Cambridge University Press

[4] Wikipedia: Giant Impact

关于

本文首发于果壳网(guokr.com)自然控主题站《行星撕裂的惨剧,地球或许也经历过

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