我們銀河系手臂的跡象可能被困在地球的一些晶體中

當(dāng)我們大多數(shù)人思考是什么塑造了我們的星球時(shí)，我們可能會(huì)想到火山、地震和巨大的大陸慢慢疏遠(yuǎn)（或再次重新組合）數(shù)百萬(wàn)或數(shù)十億年。我們也知道隕石撞擊很重要;我們隕石坑滿載的月球就是這一點(diǎn)的明確證據(jù)。

但是，如果地球的地質(zhì)故事也寫(xiě)在更遠(yuǎn)的恒星中——特別是在我們的家鄉(xiāng)銀河系的旋臂中呢？

這是最近一些將天體物理學(xué)與地質(zhì)學(xué)聯(lián)系起來(lái)的研究背后引起共鳴的大膽想法。

相關(guān)：7800萬(wàn)年前，一顆小行星撞擊了地球。然后生命在火山口里生長(zhǎng)

到目前為止，這些有爭(zhēng)議的想法都是基于模型，受到地球地質(zhì)記錄的差距和太陽(yáng)系銀河路徑的不確定性的限制。

但我們的新研究本周發(fā)表在物理審查研究，采取了不同的方法，將銀河系中的氫氣圖與地球上古代晶體中的化學(xué)指紋進(jìn)行比較。研究結(jié)果支持了地球地殼可能受到太陽(yáng)系繞銀河系旅行的影響的觀點(diǎn)。

通過(guò)氫解讀銀河系

天文學(xué)家經(jīng)常使用中性氫（一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子的最簡(jiǎn)單原子）作為宇宙標(biāo)記。

這原子氫發(fā)射波長(zhǎng)為 21 厘米的無(wú)線電波，穿透了遮擋銀河系大部分地區(qū)的塵埃和氣體。這些來(lái)自更高密度氫區(qū)域的發(fā)射揭示了銀河系的掃蕩旋臂，即使可見(jiàn)光望遠(yuǎn)鏡無(wú)法揭示。

螺旋臂不是堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。相反，它們是密度波——就像恒星、氣體和塵埃的交通擁堵一樣，它們?cè)阢y河盤(pán)周?chē)苿?dòng)的速度比單個(gè)恒星本身更慢。

由于太陽(yáng)系繞銀河系中心運(yùn)行的速度比臂快，因此它會(huì)周期性地超越它們，大約每 180-2 億年一次。穿過(guò)旋臂可能會(huì)增加撞擊地球的彗星和小行星的數(shù)量。

鋯石晶體：微小的時(shí)間膠囊

我們?cè)趺粗赖厍蚴欠裾娴母惺艿搅诉@些銀河系遭遇的后果？

答案可能就在于鋯石，一種常見(jiàn)于地殼中的耐寒礦物，可以存活數(shù)十億年。

鋯石晶體在巖漿中形成，就像微小的時(shí)間膠囊.它們不僅可以確定年代，而且還攜帶有關(guān)地球生長(zhǎng)時(shí)的化學(xué)線索。

在這些晶體內(nèi)部，氧原子以略有不同的形式出現(xiàn)，稱(chēng)為同位素，具有相同的化學(xué)成分但質(zhì)量不同。這些同位素充當(dāng)示蹤劑，顯示巖漿是來(lái)自地球深處還是與地表水接觸。

當(dāng)太陽(yáng)系繞銀河系運(yùn)行時(shí)，它會(huì)經(jīng)過(guò)螺旋臂氫氣更集中的地方。如果鋯石氧同位素在原子氫密度高時(shí)存在異常變化，那么這表明某些東西破壞了地球上地殼形成的正常平衡。

將地球的巖石與銀河系地圖相匹配

這項(xiàng)新研究直接將這種鋯石同位素記錄與太陽(yáng)系銀河軌道上的射頻測(cè)量氫密度進(jìn)行了比較。結(jié)果？驚人的相關(guān)性。

太陽(yáng)系穿過(guò)旋臂的時(shí)期——?dú)涿芏容^大的區(qū)域——與鋯石氧變率的峰值一致。

換句話說(shuō)，在太陽(yáng)系嵌入銀河系恒星形成臂的同時(shí)，地殼似乎更加“混亂”。

地殼上的銀河指紋

什么可以解釋這種聯(lián)系？

一種想法是，當(dāng)太陽(yáng)系穿過(guò)旋臂時(shí)，它可以撼動(dòng)遙遠(yuǎn)的太空冰冷區(qū)域，稱(chēng)為奧爾特云，這是一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出冥王星的巨大彗星庫(kù)。

然后，其中一些彗星可能會(huì)沖向地球。

每次撞擊都會(huì)產(chǎn)生巨大的能量——足以融化巖石，引發(fā)地質(zhì)劇變，并在地球地殼上留下持久的痕跡。

至關(guān)重要的是，這一記錄保存了數(shù)十億年，比我們?cè)诘厍蛏先匀豢梢钥吹降淖矒艨右L(zhǎng)得多，這些撞擊坑經(jīng)常被侵蝕或板塊構(gòu)造所抹去。

因此，鋯石可以提供我們無(wú)法通過(guò)天文學(xué)直接觀察到的銀河系影響的深層檔案。

宇宙聯(lián)系

如果地球的地質(zhì)真的對(duì)銀河系的節(jié)奏做出反應(yīng)，它就會(huì)擴(kuò)展我們對(duì)驅(qū)動(dòng)行星演化的因素的看法。它表明，要充分了解地球，我們必須超越地球，看看銀河系的巨大結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)周期性地重塑了我們太陽(yáng)系的環(huán)境。

識(shí)別行星地質(zhì)學(xué)中的天體物理指紋可以為地殼生長(zhǎng)、宜居性甚至生命出現(xiàn)提供新的線索。

當(dāng)然，謹(jǐn)慎是有道理的。相關(guān)性并不總是意味著因果關(guān)系，將銀河系手臂交叉的影響與地球內(nèi)部過(guò)程分開(kāi)是很棘手的。但新出現(xiàn)的證據(jù)足夠令人信服，值得認(rèn)真對(duì)待。

目前，鋯石晶體（通常比沙粒還小的微小顆粒）正在幫助我們瞥見(jiàn)地球與宇宙之間的聯(lián)系。

克里斯·柯克蘭， 地質(zhì)年代學(xué)教授，科廷大學(xué)和菲爾·薩頓，天體物理學(xué)高級(jí)講師，林肯大學(xué)

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