小石頭引起的大麻煩

自20世紀80年代中期以來，馬克·哈里森在澳大利亞采集了20多萬塊巖石樣本，但其中只有一塊含有他一直在尋找的東西—兩個石墨斑點，每一個的大小還趕不上一個紅細胞。這兩個斑點也許小了點，卻能夠推翻我們有關地球生命的一切認知。

哈里森是美國加州大學洛杉磯分校的地質學家，他記得當時自己心里是這么嘀咕的：“天哪，它們和生物的起源太像了。”這意味著它們可能是由生命制造出來的，但這是如何做到的呢？這些石墨斑點是在一塊鋯石晶體中被發現的，而這塊鋯石在西澳大利亞的杰克山深處被埋藏了41億年。因此，它們似乎是在暗示，我們地球的宜居性比此前任何人想象的都至少要早3億年。

更重要的是，這些第一批生物體存在的時間比地球能承載任何生命的時間要早。在如此早期的時代，地球被認為是由熔巖覆蓋的煉獄，并且還遭受到小天體的猛烈轟擊。如果哈里森的化石暗示的是真的，它們不僅會改寫生命和地球的歷史，甚至會改寫整個太陽系的歷史。

在解釋所有這一切是如何開始的時候，科學家認為現有的理論或多或少是有效的。大約46億年前，在一個不起眼星系的某個角落，一團巨大的塵埃和氣體云開始坍縮成一個稠密的物質球。隨著它吸引越來越多的周圍物質，其核心處的溫度和壓強也在不斷升高，直到核聚變發生。這個過程會釋放出大量的能量，這一刻也標志著我們的太陽成為一顆恒星。

當新生恒星逐漸開始自轉時，圍繞它公轉的小天體開始碰撞凝聚到一起。在距離太陽較近的地方，大量的水冰因受熱而蒸發，只留下金屬化合物來形成較小的巖質行星。在更遠的地方，較低的溫度使得由冰和氣體構成的巨行星得以形成。所有這些天體都幾乎位于同一個平面內，并且以近圓形軌道運動。

雖然整個圖像很漂亮，但是隨著對細節的進一步深入，它的不完整性就越發明顯。一方面，它很難解釋特洛伊小行星的數量和分布，因為有數千個這樣的小天體就尾隨在木星軌道之后。另一方面，位于海王星之外且冥王星就位于其中的柯伊伯帶也同樣難以自圓其說。與經典的圖像相比，許多柯伊伯帶天體相對行星的軌道平面有很大的傾角。最令人費解的，還是遠古時期的狂轟濫炸在月球上留下的印跡?！鞍⒉_”號宇航員帶回地球的巖石表明，月球表面遍布的環形山是一次發生在39億年前的曠日持久的小天體轟擊的結果，這是經典模型難以解釋的。

2005年，研究者對此給出了一個解釋，被稱為尼斯模型，得名于提出該模型的天文學家所在的法國城市。它對經典的圖像做了細化，提出太陽系中的4顆巨行星起初要遠比現在更靠近彼此的觀點。這種結構是不穩定的，會引發持續數百萬年的引力角逐。在此期間，巨行星會遷移到它們目前所在的位置，這個過程會擾亂數以百萬計的小天體，使得它們在早期的太陽系中橫沖直撞。在木星引力的影響下，許多小天體成為尾隨木星的特洛伊小行星，而另一些則定居到了太陽系的外部區域，成為具有高軌道傾角的柯伊伯帶天體。

與此同時，位于火星和木星之間的小行星則從它們的軌道上脫離，其中很多會與太陽系最內層的行星發生碰撞。這一劇烈活動時期被稱為晚期大規模轟擊，它在月球上留下了密密麻麻的環形山，并重創了正處于早期發育階段的地球。

這一時期留存到現在的少量巖石告訴我們，早期的地球如同煉獄，被火山熔巖覆蓋。晚期大規模轟擊持續了幾億年，使得地球一直處于被稱為冥古代的極端地質時期。在如此惡劣的環境下，生命是無法存在的。事實上，第一批由生物產生的碳可以追溯到約38億年前，與地球終于邁入平和時期以及來自外太陽系的轟擊放慢的時期同步。

因此，如果讓哈里森為之興奮的石墨斑點確實屬實，那么它不僅是地球上已知最古老生命形式的證據，也是這些生命出現在一個不可能年代的佐證。這里的關鍵就是巖石樣本中同位素碳13和碳12的比例。根據這個碳同位素的比值，可以判斷出它們是否具有生物學起源。

當然，也有人呼吁研究者不應該過快地下結論。畢竟，這只是由一塊鋯石得出的結論。不過，這塊鋯石也為尋找更多的樣本，進而確定生命出現的確切時間奠定了基礎。

無論有沒有生命，這一來自杰克山的最新證據證明，地球環境極端惡劣的幼年時期要比天文學家認為的更為短暫。1999年，地質學家在這一地區發現的其他鋯石顯示，早在44億年前，地球表面的部分區域就已冷卻固化。更重要的是，研究者對巖石含氧量的測量表明，地球的溫度已經下降到足以維持液態水的水平。

2013年，又出現了一些與地球和太陽系形成和演化經典模型有出入的證據。當時，科學家正在分析另一塊地球上最古老的巖石——它來自地球另一端的格陵蘭島。結果表明，早在41億年前，地球上就有了數量可觀的金和鉑，而在此前，人們普遍認為這兩種金屬是由之后的晚期大規模轟擊帶到地球上的。

更大的危機出現在2015年。當時，天文學家公布了他們對太陽系形成的最新模擬結果。他們的發現敲響了尼斯模型的喪鐘：在85%的情況下，內太陽系中巖質行星的個數少于目前我們觀測到的4個;在大多數情況下，水星不會形成;得到一個看上去與太陽系相似的行星系統的概率只有1%。雖然這并不是尼斯模型第一次因為遇到問題而做出修改，但這一次似乎已不再是小修小補那么簡單，得到外太陽系的結構和維持內太陽系的行星似乎是不可兼顧的事情。

其實，研究者對此有一個非常簡單的解決方案。巨行星依然遷移，形成特洛伊小行星和柯伊伯帶，但遷移的時間要提前到最內層的行星仍在形成之時。這樣一來，地球就能躲過一劫。到地球的形成過程完成時，巨行星的早期遷移會拋掉絕大部分大型小天體。相對之前的模型，這個地球形成過程的后半段會更為平靜。

這是一個很有吸引力的想法，不僅可以解釋太陽系為什么會演化成現在的樣子，也解釋了地球是如何在這么早的時期就變得宜居的。不過，這里仍然存在最后一個謎團。如果巨行星的遷移發生在地球和月球成形之前，那么就必定需要其他事件對覆蓋月面的環形山負責。但是，是什么呢？

答案也許就在我們附近。在尼斯模型中，晚期大規模轟擊的大多數撞擊體都來自小行星帶。但是，月球環形山直徑的分布與小行星大小的分布并不相符。如果晚期大規模轟擊真的是由小行星造成的，那么月球上應該存在更多的大型盆地，但事實并非如此。

也許，晚期大規模轟擊有另一個來源——火星。這個想法目前仍在起步階段，許多更具體的細節還需要澄清。有利于這個想法的一個事實是：火星的北半球地勢低洼，和南半球的高地相比十分平坦。許多人認為這是一個由直徑2000千米的撞擊體撞擊形成的巨大盆地。這個撞擊過程拋射出的碎片在39億年前轟擊了地球和月球。

此外，科學界還有一個更加激進的解釋，即39億年前對月球的轟擊仍有疑點。得出這一結論的“阿波羅”巖石樣本采集自月球的多個不同地點，其中大多數顯示撞擊的時間就在這個時間點前后。但是，也有人認為“阿波羅”巖石樣本可能都來自形成月球雨海盆地的撞擊事件，由此產生的巖質殘骸會散布到月球表面的其他地方，于是乍看之下好像是同時發生過大規模的撞擊。因此他們認為，39億年前的月球興許并沒有遭受到大規模的小天體轟擊。如果能證明造成月球上環形山的撞擊是細水長流并非一蹴而就，那么尼斯模型就能得救。同樣重要的是，它也會對處于嬰兒期的地球的環境產生深遠的影響。如果撞擊的強度大幅下降的話，那么早期地球就不會猶如煉獄一般。

無論以哪種方式，只有地球越早地平靜下來，生命才能更快地出現，進而在杰克山的鋯石中留下痕跡。把巨行星的遷移提前到更早的時間可以與之相一致。未來的研究工作將著眼于驗證這一想法。哈里森已經在另一塊杰克山的鋯石中發現了石墨斑點，接下來就將對其碳同位素的比值進行分析。

如果哈里森的預感是正確的，那么曾經認為的出現在38億年前的最早生命形式就并非我們進化樹的起點。相反，地球生命出現的時間可能提前數億年，幾乎就在地球成形之后。這也提升了生命形成的速度以及對環境的耐受程度，極大地增加了在宇宙惡劣環境中找到生命的可能性。對地球早期歷史的這一重新認識可以指引我們走向更有趣的未來。