天文|《自然·天文》这薄薄数米的月壤之中，记录着太阳系45亿年的历史太阳系|小行星|太

出品：科普中国
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如今的太阳系，可以算得上是“风平浪静” 。八颗行星在各自固定的轨道上运行，大多数小行星和彗星也有自己相对固定的“领地” 。

图片来源：NASA
尽管如今的地球和月球，依然时不时会被天外来客撞上那么几下，但无论是频率还是规模，相比于三四十亿年前可绝对是“毛毛雨”了。

1998年至今地球上记录下的火流星事件，平均每个月都能发生个2-3次。这些闯入地球大气层的流星体个头通常很小，绝大多数会在大气层中烧毁。其中最大的一次（红点）是发生于2013年2月15日的车里雅宾斯克（Chelyabinsk）撞击事件，肇事小行星据估计直径近20米，造成了一定的危害，无人死亡
图片来源：NASA/JPL-Caltech [2]
【天文|《自然·天文》这薄薄数米的月壤之中，记录着太阳系45亿年的历史】但曾经的太阳系，却经历过无比动荡的时期。许多研究认为，外太阳系的四颗巨行星曾经发生过大幅度的迁移，而这些庞然大物的轨道变化又进一步扰乱了内外太阳系中诸多小天体的运动，影响了内太阳系类地行星的演化，最终重塑了整个内外太阳系——这些都是“尼斯模型”（“巨行星迁移”）、“大迁徙”等著名假说为我们构建的早期太阳系图景。

△“大迁徙”假说的一种示例。事实上，这些假说经过了历经十多年也已经发展出了诸多“补丁”、改进和分支
图片来源：NASA
太阳系早期到底在什么时候、经历过什么样的“大动荡”？这是行星科学家们一直想要解开的谜题。然而，我们没有能回到过去的时光机，只能尽力从那段历史留下的遗迹里寻找证据。
近日，以来自桂林理工大学、澳门科技大学和中山大学为首的行星科学家团队从月球土壤的演化之中，不仅发现地月系统遭受的撞击物在35亿年前后发生了变化，也为揭示太阳系早期巨行星的动荡历史提供了新的思路和线索。这一成果在线发表于2020年11月9日的《自然·天文》杂志[2] 。
从远在天边的木星、土星等外太阳系巨行星几十亿年前的过往，到近在眼前的月球土壤如今的面貌，这样的“天与地”、“古与今” ，是如何联系在一起的？

素材来源：NASA
撞击“连”天地
是撞击“连接”了天与地。
漫天飞行的小天体们（小行星、彗星、流星体、微陨石等）撞上有着固态表面的更大个的天体，会在大天体的表面留下“证据” 。最常见的“证据”就是——撞击坑。

撞击坑的形成
图片来源：Belin [3]
大到直径数千公里的地球、火星、月球，小到直径仅几百公里的小行星，太阳系几乎所有固态天体上都留下了许许多多撞击坑。

（左）遍布撞击坑的月球高地；（右）直径约900米的小行星“龙宫”上最大的撞击坑Urashima ，直径约290米
图片来源：NASA、JAXA
分析撞击坑的数目和空间分布，是行星科学家们反推小天体运行的特征和变化最常用的手段之一，例如我们去年介绍过的这个研究：《科学》杂志：地球在近几亿年里遭受了更频繁的小行星撞击。（插入文章链接：https://mp.weixin.qq.com/s/OkAmnRiM-tJzklDGZPYUog）这种方式直观、高效，但缺点是：撞击坑太“脆弱”了。
在地球这样地质活跃的星球上，撞击坑很容易被地震、火山、冰川、流水等地质活动所抹去，即使是在月球这样没有什么地质活动的星球上，也很容易被更晚的撞击坑所侵蚀和覆盖。

（左）被各种地质活动剧烈侵蚀的地球弗里德堡撞击结构（Vredefort dome），形成于20亿年前，直径据估计超过300公里
图片来源：NASA/#STS51I-33-56AA；
（右）先形成的撞击坑被后形成的撞击坑侵蚀和覆盖机制
图片来源：参考文献[4]
即使是月球这样的“撞击坑博物馆”里，年代古老、尺寸又小的撞击坑，也几乎没有机会幸存至今。
相比之下，另一种撞击产物——月球的土壤，在某种程度上成为了更忠实可靠的记录者。

天文|《自然·天文》这薄薄数米的月壤之中，记录着太阳系45亿年的历史

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