月球土壤中的玻璃珠揭示了古代小行星对月球和地球的轰炸

学分:NASA / JSC

2020年,中国嫦娥五号任务对超过一公斤的月球岩石和土壤进行了采样,并将其带回地球。 这些样本包含无数微小的玻璃珠,这些玻璃珠是小行星撞击月球并在撞击地点周围溅出熔岩液滴时产生的。

我们已经非常详细地分析了这些玻璃珠和发现它们的地方附近的撞击坑。 我们的结果, 发表在《科学进展》上,揭示过去 20 亿年小行星撞击月球历史的新细节。

特别是,我们发现了几波撞击的痕迹,这些撞击与对地球的撞击同时发生——包括 6600 万年前导致恐龙灭绝的希克苏鲁伯撞击。

数十亿年的太空岩石

陨石撞击的破坏力贯穿人类历史。 2013 年最近发生的重大事件是壮观的车里雅宾斯克流星, 数百人受伤,与历史影响相比,这是一个相对较小的事件。

在地球漫长的地质历史中,发生了各种规模的影响。 只有大约 200 个撞击坑 已经在世界各地发现,因为侵蚀和地质活动不断改变我们星球的表面并抹去过去影响的证据。

在月球上,撞击坑不会消失,数亿是可以识别的。 不难想象,地球在其生命早期经历了类似的惊人弹幕。

随着太阳系在过去 45 亿年的演变,随着太空岩石被地球和其他行星席卷,小行星的数量呈指数级下降。

然而,这个过程的细节仍然模糊不清。 随着时间的推移,对地球、月球和太阳系其他行星的撞击次数是否平稳衰减? 在这种普遍下降的背景下,是否存在碰撞变得更加频繁的时期? 未来碰撞是否有可能突然增加?

喷溅玻璃

寻找答案最好的地方是月球,而最好的样品是月球土壤——就像嫦娥五号带回家的那些。

按照历史流星的标准,车里雅宾斯克流星是小菜一碟。 信用: 亚历山大·伊万诺夫/维基媒体, 抄送

月球土壤包含凝固熔体(玻璃)的球形液滴,尺寸从几毫米到不到一毫米不等。 这些液滴是在熔化目标岩石的高速撞击过程中形成的。

熔化的液滴可以在撞击坑周围飞溅数十甚至数百公里。

通过分析这些液滴的化学成分和放射性,我们可以确定它们的年龄。 然后,液滴的年龄为我们提供了这些撞击发生在月球上的时间。

每个月球土壤样本似乎都记录了多次撞击。 影响的年龄分布在过去约 40 亿年,最年轻的只有几百万年。

一个简单的着陆点

与月球上其他采集样本的地点相比,嫦娥五号着陆的地点地质历史相对简单。

着陆点位于宽阔近 400 公里的广阔玄武质高原中部。 高原“只有”20亿年的历史,相对于整个月壳的年龄来说还很年轻。

这意味着该网站的历史更短,更容易解开。 这使得更容易识别来自附近撞击的液滴,以及通过周围月球表面的卫星图像解释化学和时间数据。

我们将这种解释与液滴怎样在不同大小的撞击中形成和溅出的建模相结合。

玻璃液滴似乎可以从撞击地点运送 20 到 100 公里,即使撞击只留下一个 100 米宽的陨石坑。 模型还表明,形成直径超过 1 公里的陨石坑的撞击在产生液滴方面效率更高。

所有这些信息结合起来有助于开始寻找负责生产从样品中提取的玻璃的特定撞击坑。


来自月球土壤的玻璃液滴揭示了小行星撞击的历史。 图片来源:中国地质科学院地质研究所北京 SHRIMP 中心,作者提供

火山口狩猎

嫦娥五号着陆点周围的玄武岩高原有超过100,000个大小超过100米的陨石坑。 将玻璃液滴与其起源的陨石坑匹配是一种概率游戏,尽管几率比中彩票要好一些。

我们可以说一些陨石坑很可能是样品中一些玻璃液滴的来源。 然而,这种匹配导致了另一个重要的结果。

先前的研究发现,单个土壤样品中玻璃液滴的年龄分布是不均匀的。 时间线中有大量液滴的时期和很少或没有的时期。

我们对嫦娥五号样品中玻璃的分析以及我们将它们与特定陨石坑联系起来的尝试证实了撞击率随时间的变化。

此外,从这些液滴中确定的时期的年龄似乎与起源于小行星带的许多现有陨石群中可见的相似。 这些陨石群可能是小行星带内古代碰撞的结果。

这些集群时代之一也与恐龙灭绝相吻合。 我们的研究没有详细研究这一点,但这种巧合可能表明,由于未知的原因,太阳系中小天体的常规轨道有时会不稳定并进入可能撞击地球或月球的轨道。

综上所述,这些年龄表明在地球历史上可能有一段时间在整个太阳系内部碰撞增加。 这意味着地球也可能经历过影响率高于平时的时期——未来也可能出现类似的增长。

这种增加将怎样影响地球上生命的进化? 这仍然是一个谜。