地球:行星的力量(BBC科普三部曲)
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一颗孪生星球的灭亡

按照我们目前的说法,在太阳系中,地球和它的邻居都是从一连串撞击中幸存下来的——这些撞击是随机的,最终也是独一无二的。每颗行星都有它自己的撞击史,由此形成了独特的化学构成元素和轨道运行特性。水星很可能和另一个星体发生过一次碰撞,该星体的大小约为水星的1/5。水星表面的大部分岩层被剥离,只剩下一个明显的巨大无比的内核。火星轴的剧烈晃动(在几百万年的时间里,从0°倾斜到60°)是由一次撞击引起的,金星的反常逆向自转也一样。甚至外行星——土星和木星这样的气体巨星,以及天王星和海王星这样的冰质巨星也各自有一部展现暴力迹象的历史,例如,天王星倾倒在轴的一边,海王星的轴发生倾斜,很可能都是大撞击的结果。这场行星“弹球游戏”引起了行星的剧烈晃动和旋转。与其他行星不同的是,地球的轴发生了适度的倾斜,倾斜度也较为稳定。但很明显,这也是由撞击造成的。

很久以前,地球有一个孪生兄弟“忒伊亚”。据估计,“忒伊亚”的直径大约是地球的一半(大小和火星差不多),几百万年来,两颗行星似乎沿着同一轨道绕太阳公转。然而,两颗大行星之间的距离太近,就意味着一场撞击不可避免,于是,大约在44亿年前,它们的轨道相交了,这就是行星之间的自相残杀:“忒伊亚”毁灭了,它的大部分碎片都被地球吞没,余下的粉状残骸在太空中盘旋,与地球表面剥离的碎片混合在一起,形成云状物,由碎石构成的云状物最终聚集在一起,形成了今天的月球。

月球的诞生,或许是地球有史以来最重要的事件。形成月球的撞击并不是地球所经历的最后一次大撞击,但似乎可以肯定,这是地球与行星的最后一次撞击。此后,地球基本上已完全成形。

“忒伊亚”带来的额外质量使地球迅速膨胀,地核体积增大了20%左右,整个地球的引力足以吸引住厚厚的大气层。太阳系的大部分岩石行星至今仍然无法吸引大气层,而地球获得了合适的质量和引力,把大量水分和气体聚集到表面。撞击活动可能已将地球的原始大气层剥离,然而,一个新的大气层逐渐形成,这一次,在更加强大的引力作用下,它被吸引到地表附近。

还有其他一些显著影响。在形成初期,月球离地球非常近,就像挂在天空中的一个巨大的银色球体,看起来体积比今天大10倍。月球的引力牵引使地球的自转速度加快,于是地球的一天只有5小时。这样一来,地轴的倾斜度比以前稳定了,因为自转轴顶端回旋次数的增加可以防止行星过度倾斜。如果不是因为月球,太阳系巨大行星的牵引力会使地球的黄道倾角——赤道面与行星轨道面的夹角——在0°~80°范围内发生变化,周期性地使地球倾斜到一定程度,这足以使两极地区比热带地区更温暖。要是发生这样的气候剧变,地球就不适合人类居住了,就像它的两个兄弟——火星和金星那样,它们的倾斜度就相当大。相反,月球的稳定引力也渐渐使地球退去了年轻时的任性而平静下来,留下来的只有细微的季节变化。因此,我们今天可以感受到夏天和冬天,月球已成为地球的气候调节器。

最初的月球表面遍布着很多古老的坑洞,这些都是外行星爆炸的记录。地球可能也遭遇过这样的侵袭。

月球的稳定至少使地球有机会成为一个适宜居住的星球,然而,这并不是这颗新卫星所带来的唯一好处。当时地球的自转速度比今天要快得多,在引力的作用下,地球也更接近月球,因此,你会欣赏到声势浩大的潮汐。月球引力吸引地球上的水远离地球,造成地球上的水暴涨,随着地球的自转就会产生潮汐。40亿年前,月球离我们比较近,运行得也比较快,当时的潮汐引力确实非常大。4小时的潮汐就能使海平面升高100米左右,并产生巨大的力量,深入地球内部。当时,地球正在经历冷凝过程。这些力量把刚刚成形的海底撕裂开来,形成新的通道,来自地底的热量通过这些通道喷涌而出。裂缝所在的位置形成了热泉,而热泉可能就是生命的发源地。我们在接下来的章节中会讲到这一点。

如果没有月球的稳定影响和潮汐引力,生命可能都不会驻足于地球。然而,这些造就生命的作用力正在减退,因为我们的邻居星球正在逐渐向远处飘移。数十亿年来,月球距离我们越来越远,目前仍在以每年大约3.8厘米的速度向远处飘移。这就意味着,地球早期飘忽不定的倾斜现象将会慢慢重现,从而引发灾难性的冰期,而且可以确定的是,我们终将面临一个暗淡的未来。然而现在,我们需要思考一些更积极的方面。我们恰好生活在地球历史上的这样一个时期——月球缓慢地远离地球,刚好到达使它看起来和太阳一样大的位置(这也是壮观的日全食出现的原因)。