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后期重轰炸期

太陽系歷史推論

后期重轰炸期，又称晚期重轰炸，是指约于41亿年前至38亿年前，即于地球地质年代中的冥古宙及太古宙前后，推断在月球上发生不成比例的大量小行星撞击的事件，在地球、水星、金星及火星亦同样发生。这个事件的证据主要是基于在月球取得的样板的测年结果，大部份陨击熔岩都是在一段相当短的时间内形成。有很多的假说尝试解释进入太阳系内侧的小行星或彗星碎片的成因，但却仍未有共识。其中一个著名的理论是指当时类木行星正进入轨道，引力将在小行星带或古伯带的物体抛入同心轨迹并撞向类地行星。虽然如此，有些争议指这些月球样板的数据并不一定来自这种灾难事件，而测年的结果聚集在同一段时间是因在同一的撞击盆地取样所致。

今日的月球表面上布满撞击坑
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证据

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后期重轰炸期的主要证据是来自从太阳神计画采集的月球陨击熔岩的放射性测年。大部份陨击熔岩都被认为是由可达数十公里长阔的小行星或彗星的撞击中产生，并形成了直径达几百公里的撞击坑。阿波罗15号、阿波罗16号及阿波罗17号选择的降落地点都是因接近雨海、酒海及宁静海盆地。

根据运返地球后所进行的研究，这些区域收集的陨击熔岩是在介乎41亿年前至38亿年前涌现。这段时间最初是由Fouad Tera、Dimitri Papanastassiou及杰拉尔德·约瑟夫·沃塞伯格（Gerald Wasserburg）于1970年代中期所发现，并假定这是月球受到密集轰炸的纪录。他们称之为“月球灾难”，并指月球在约39亿年前轰炸率开始上升。若这些陨击熔岩都是来自这三个盆地，不单只这三个盆地是在短时间内形成，甚至其他相同地层的盆地。在当时，这个倡议备受争议。

随著得到更多的资料，尤其是来自月球陨石，这个理论虽然仍有争议，但已被广为接受。月球陨石相信是月球表面的随机样板，至少当中有一些是来自远离太阳神计画降落位点的地区。很多月球长陨石可能是来自月球远端，当中的陨击熔岩被测年后发现与月球灾难说吻合，全部都不早于39亿年前。[1]不过它们的年代却不是集中在一起，而是介乎39亿年前至25亿年前。[2]

就高地撞击坑大小分布的研究发现，在后期重轰炸期时，相同类别的投射物亦击中水星。[3]如果水星后期重轰炸期的历史与月球的相若，已知最年轻的卡罗维斯低地就与月球上的东方海及雨海年龄相若，所有的平原年龄都不到30亿年。[4]

争议

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纵然月球灾难说广为人知，但是此学说仍然备受争议，动力主义者仍努力寻找着其形成的成因。现时有两个主要的争议：

  1. 撞击年代的聚集可能是因从单一盆地采样的结果。
  2. 缺乏早于41亿年前的陨击熔岩是因这些样板已经灰尘化，或它们的年代已因近40亿年内的撞击而重置。

第一个争议涉及从太阳神计划降落位点采集的陨击熔岩的源头。当这些陨击熔岩普遍被认为是来自最近的盆地，仍有争议大部份是来自雨海盆地[5]。雨海盆地是最年轻及最大的多环盆地，位于月球近中央部份。量化模型显示大量的喷出物都会在太阳神计划降落位点出现。根据这样的假说，陨击熔岩年代聚集在39亿年前只反映其样板都是采集自同一撞击雨海的事年，而非多个。

第二个争议针对缺乏超过41亿年前的陨击熔岩。其中一个假说指一个较老的陨击熔岩实际是存在的，但它们因在过往的40亿年间不断受撞击的影响，其年龄已经被重置，而不涉及甚么灾难。再者，这些假定的样板有可能已经灰化得很细小，不可能从一般的放射性测年来确定年代。

地球的地理影响

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若月球灾难真的发生，地球亦会受到影响。从月球成坑的频率来推断，当时在地球亦会：

  • 形成22000个或以上直径多于20公里的撞击坑；
  • 形成约40个直径约1000公里的撞击盆地；
  • 形成几个直径约5000公里的撞击盆地；
  • 约每100年造成严重的环境破坏。

在后期重轰炸期理论出现前，一般假设地球在约38亿年前是处于融化态。在全球所有已知最古老的岩石都可以追溯至此年代，但就却未能发现更早期的岩石，仿佛这个年代就是一个“分水岭”。利用不同方法的测年大致上都只能到达这个年代，包括最为准确及受最少干扰的锆石铀铅测年。由于没有更早的岩石被发现，一般都假设地球是处于融化态，并为早期的冥古宙及后来的太古宙定下界线。

从掉下地球的小行星可以找出更早的岩石。这些岩石可以在南极洲，当冰川将它们带往大陆边缘时发现。就像地球的岩石，小行星亦有一个明显的分水岭，是在约46亿年前。这个年代假设是在近太阳的原行星盘最先有固体形成的时期。所以冥古宙就是这些早期太空岩石的形成及地球地壳最终固化之间的时期。冥古宙亦包括了在原行星盘上行星增加的事件，及因萎缩所造成的重力势能得以释放，行星冷却成为固体的事件。

后来的计算证实萎缩及冷却的速率是按物体的大小而变化。将此计算引用到地球上，发现萎缩及冷却出现得很快，达至1亿年前。[6]但在量度及理论上仍存在著一些谜团。

后期重轰炸期故此成为了这个问题的解释。根据其理论，38亿年前的岩石代表了被轰炸破坏后固化的地壳。位于北美洲克拉通盖层的艾加斯塔片麻岩及西澳洲那瑞尔片麻岩层的杰克希尔斯部份都存有地球上最古老的大陆碎片，都不早于后期重轰炸期。目前地球上最古老的矿物是从杰克希尔斯发现的锆石，发现较此时期为早，可能是在轰炸期间被较年轻的岩石包裹而保存下来。

后期重轰炸期对地球在冥古宙的历史成为了一次革命。[7]较旧的理论指冥古宙地球处于融化态及有明显的火山，冥古宙其名就是指地球情况就像地狱一般。[8]现在相信当时地球表面是固体、温带及有水覆盖。这是因几个较岩石还古老的同位素比值。[9]

于1979年，有指在格陵兰发现一些沉积岩，其碳同位素比值是有机物的遗迹，估计是约于38亿年前。但就其测年却备受争议，较谨慎的指是36亿年前。不论那一个年代，这时间对于无生源论的发生都太短。后期重轰炸期及地壳重新融化却提供了可能的时间线，生命可能是在后期重轰炸期后立即形成，或是在冥古宙较早期出现并存活过来。最近的研究发现的格陵兰沉积岩是属于38.5亿年前，显示后者是最有可能的答案。[10]但虽指出有关的问题仍然是一个备受争议的话题。

可能成因

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类木行星移位

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就后期重轰炸期进行的一连串模拟，是由类木行星紧密分布的太阳系开始。[11]这种紧密的分布本身是很稳定的，但假设存在著丰富的海王星外天体。这些游离的海王星外天体与类木行星互相影响，使类木行星每约数亿年移位一次。木星估计会向太阳系内移位，而其他的行星则向外。当木星及土星的轨道共振达至1:2时，太阳系会出现灾难性的不稳定，引发太阳系外部快速的重新分布至更阔的本星系统。当它们移位后，在小行星带及古柏带之间会出现共振。这种共振会增加星体的偏心率，让它们进入太阳系内部及撞击类地行星。

天王星或海王星的迟缓形成

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哈罗德·利维森（Harold Levison）与他的研究队指太阳系外侧的低密度大大减慢了行星的形成。根据早期微行星的模拟，最外围的行星，如天王星及海王星经过了几十亿年才形成。[12]若真是这样，这些外侧行星的迟缓形成便成为了后期重轰炸期的原因。[13]

但是在计算气流及微行星离开太阳系外侧的增长率的研究中，发现所有类木行星都有可能在极速下形成，约每1千万年前。故此这是否造成后期重轰炸期的成因则存在疑问。

第五行星理论

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主条目：第五行星

另一个可能成因是所谓的第五行星模拟。这是指一个较火星为小的第五行星，存在于太阳系内侧，在火星轨道及小行星带之间。第五行星的轨道较为圆形但处于亚稳态，并在后期重轰炸期瓦解变成偏心性，开始将小行星抛掷及撞击内侧行星。

参考

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  1. ^ B. A. Cohen, T. D. Swindle, D. A. Kring. Support for the Lunar Cataclysm Hypothesis from Lunar Meteorite Impact Melt Ages. Science. 2000, 290 (5497): 1754–1755. 
  2. ^ William K. Hartmann, Cathy Quantin, and Nicolas Mangold. Possible long-term decline in impact rates: 2. Lunar impact-melt data regarding impact history. Icarus. 2007, 186: 11–23. 
  3. ^ Strom, 1979
  4. ^ Joseph Veverka. Chronology of Planetary Surfaces. Planetary Geology in the 1980s. Washington, D.C.: Scientific and Technical Information Branch, National Aeronautics and Space Administration. 1985 [2008-01-04]. （原始内容存档于2017-12-25）. 
  5. ^ L. A. Haskin, R. L. Korotev, R. L. Rockow, B. L. Jolliff. The case for an Imbrium origin of the Apollo thorium-rich impact-melt breccias. Meteorit. Planet. Sci. 1998, 33: 959–979. 
  6. ^ Lithosphere-Hydrosphere Interactions on the Hadean (>4 mya) Earth. [2008-01-04]. （原始内容存档于2019-06-26）. 
  7. ^ Revising Earth's Early History. [2008-01-04]. （原始内容存档于2021-12-03）. 
  8. ^ Hadean time. [2008-01-04]. （原始内容存档于2022-01-10）. 
  9. ^ Carbonates' role in the chemical evolution of oceans on Earth & Mars. [2008-01-04]. （原始内容存档于2010-06-13）. 
  10. ^ When Did Life on Earth Begin? Ask a Rock. [2008-01-04]. （原始内容存档于2007-09-27）. 
  11. ^ Gomes, Levison, Tsiganis, Morbidelli. Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets (PDF). Nature. 26 May 2005 [2008-01-04]. （原始内容存档 (PDF)于2013-02-07）. 
  12. ^ Formation of planets around stars of various masses. [2008-01-04]. （原始内容存档于2017-06-04）. 
  13. ^ Uranus, Neptune, and the Mountains of the Moon. [2008-01-04]. （原始内容存档于2020-09-01）. 

外部链接

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