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1、谷神星曾经是个肮脏的海洋星球
谷神星（Ceres）——小行星带中最大的天体，如今它已不再被认为是小行星，而是和冥王星一样被归入了矮行星。能从小行星升级成矮行星，其中最主要的原因就是它太大了，直径将近1000公里，而质量更是几乎占了整个小行星带的1/3。
作为距离我们最近的矮行星，天文学家对它一直很感兴趣。为此在2007年，NASA还专门发射了“黎明号（Dawn）”探测器。该探测器又名“曙光号”，其首要目的就是对小行星带中两个最大的天体——谷神星和灶神星进行近距离探测。几年后，NASA终于收到了“黎明号”返回的数据。但让人意外的是，这些数据虽然展示了谷神星的详细样貌，但同时也给我们带来了一个谜团。
无论是引力计算得出的密度，还是针对表层的光谱探测，这些都表明谷神星的外层地壳包含有大量的水冰。但是另一方面，谷神星的表面布满了大量的陨石坑，而且非常完整。可是按照我们对冰质地壳的了解，假如谷神星表面富含水冰，那么在漫长的地质时间里，陨石坑应该会因为冰的粘性而逐渐松弛消失，就像某些气态行星的冰卫星那样，表面更加光滑。因此从这点来看，谷神星的表面似乎更符合岩质结构。于是矛盾出现了：一些数据说它表面有很多水，一些数据又说它没什么水。所以，谷神星的表面到底是个什么情况？
2024年9月，一篇发表于《自然·天文学》的文章中，为解决谷神星地壳是否含水的问题，研究人员提出了一个新思路。不同于通常认为的那些特性，冰还有一种特殊的性质：就是当它里面含有一定杂质时，它的流变性会发生改变。研究人员通过计算机模拟了当谷神星的地壳是由含杂质的冰构成时，它上面的陨石坑将会怎么变化。
研究人员模拟了三种不同的地壳结构：一种是冰和杂质均匀分布的“均匀地壳”，一种是上下分层密度不同的“分层地壳”，还有一种是密度逐渐变化的“渐变地壳”。结果非常amazing啊！不管是哪种结构的地壳，只要在原始的水冰里加入一点点杂质（≥6%），那么在大部分情况下，陨石坑都能得到很好的保存。
尤其是第三种“渐变地壳”，它的表现尤为出色。表面附近的冰含量可以达到90%，之后往下含冰量逐渐减小，最终在117公里深处降至为0。该结构在与各种观测数据相匹配的同时，可以最大限度地保持陨石坑的完整性。
原来，谷神星的表面既不是水冰，也不是岩石。若干亿年前，它或许曾像木卫二那样，是一片汪洋大海，只是这片海并不清澈，更像是一片泥泞肮脏的沼泽。经过亿万斯年，谷神星的海洋逐渐冻结，海中的杂质也被困在了里面，于是谷神星变成了今天这样一个含有杂质的冰雪世界。
如果谷神星真是这样一个冰冻的海洋世界，那么对天文学家来说这将是一个好消息。因为类似的被冰雪覆盖的较大天体（比如木卫二、土卫二那种卫星）它们一般都位于外太阳系。相比之下，位于小行星带的谷神星距离地球并不算远，这就使它成为未来任务的绝佳目标。
2、发现土星的第一颗特洛伊小行星
很多人认为，太阳系八大行星的轨道上应该干干净净，没有其他天体。毕竟，行星的定义其中的一条就是：它已清空自身轨道附近区域。要不然冥王星也不会因为轨道穿越柯伊伯带而被踢出大行星队伍。那行星的轨道上就一定没有其他天体吗？
其实不然，八大行星中绝大部分行星的轨道上都有着不同数量的小行星。宏观上看，这些小行星与该行星共享着同一个轨道，并且还不是那种很快就走了的临时天体。这些小行星往往会长期稳定的存在，它们被称为“特洛伊小行星（Trojan asteroids）”。
通常来说，大行星依靠自身引力足以清除掉轨道上的任何小天体，除非一种情况，就是这些小天体所处的位置非常特殊，比如拉格朗日点。拉格朗日点是三体问题中的一种引力平衡点，特洛伊小行星位于的正是其中相对稳定的L4和L5点。
所以行星定义中对“清除”一词做了更详细的定义：就是对于轨道附近的这些小天体，大行星除了把它们完全吸收或弹走外，也可以把它们变成自己的卫星或者是让它们围绕拉格朗日点公转即可。
比如地球就有两颗特洛伊小行星（2010 TK7和2020 XL5），数量最多的则是木星，目前已发现的就已经超过了一万颗。那是不是行星越大，它的特洛伊小行星就越多呢？并不是！天王星也只有两颗，哪怕是最靠近柯伊伯带的海王星，它也不过才几十颗而已，而紧挨木星的土星更是少到一颗都没有。
然而2024年4月，天文学家通过对一颗2019年发现的小行星（2019 UO14）进行观测后发现，这颗小行星似乎符合土星特洛伊小行星的条件。
那是一颗直径15公里的小行星，虽然构成尚不清楚，但推测其可能来自于柯伊伯带，后来在穿越行星引力地盘时被土星的引力所捕获。
目前来看，这颗小行星应该是土星的临时特洛伊小行星。因为它的轨道不是十分稳定，它受土星影响的同时与木星之间也存在一定拉扯。根据轨道计算，该天体在2000年前才成为了土星的特洛伊小行星，之后它会持续大约3000年。也就是说，1000年后土星又会失去这唯一的一颗特洛伊小行星。
同样是气态巨行星，为什么“旱的旱死，涝的涝死”呢？
天文学家认为，这可能和土星与木星之间存在某种特殊的轨道共振有关。这种共振会对土星周围的区域产生引力扰动，这种扰动使得土星周围的稳定区域比木星要小得多，因此不利于特洛伊小行星的存在。当然，除此之外可能还有其他因素影响，比如早期的轨道迁移以及天体之间的碰撞等。
3、比灭绝恐龙的陨石大200倍的陨石撞击
在太阳系形成之初，天体之间的碰撞时有发生。比如通过对月球陨石坑的放射性测年人们发现，大约40亿年前，水金地火这几颗行星都曾经历过一段猛烈的小行星撞击，史称“后期重轰炸期（Late Heavy Bombardment）”。
如果行星上没生命还好，这种撞击顶多也就改变下地表样貌。但是如果生命已经出现，那么剧烈的撞击必定会对生命的演化造成影响，轻则左右演化方向，重则终止生命进程。
比如我们知道，当年恐龙灭绝的主要原因就是一颗小行星撞击了今天墨西哥的尤卡坦半岛。据推测，当时那颗小行星的直径至少超过了10公里，撞击后释放的能量相当于200万颗“沙皇氢弹”。那次撞击对整个地球的环境带来了巨大影响，最直接的就是地震、海啸以及火山爆发等一系列自然灾害。同时，由于大量的尘埃被抛射到大气层中，阻挡了阳光，这就导致全球的气温急剧下降，植物无法进行光合作用，整个食物链从底层开始崩塌。最终，包括恐龙在内的绝大部分动物都因此灭绝。倘若没有这颗陨石的话，人类这个物种或许也就不会存在，而今天的地球可能仍然是恐龙的天下。
所以对生命的演化来说，陨石撞击并不见得全是坏事。它更像是一个搅局者，让原本循规蹈矩的世界出现了更多可能，这点在生命出现的早期尤为突出。
比如2024年10月，一篇发表在《美国国家科学院院刊》上的文章中，研究人员在南非对距今约32.6亿年的一处沉积岩分析后发现，当时的地球经历了多起大型陨石撞击事件，其中最猛烈的一次被称为“S2撞击事件（The S2 Impact Event）”。今天地球生物的多样性，可能就源于这次撞击。
当时的地球还正处于太古宙的古太古代，已有的生命大都还是些古菌那样的原核生物，而且由于缺乏营养，数量稀少。之后突然有一天，一颗巨型陨石从天而降。这颗陨石异常巨大，可能是导致恐龙灭绝那颗陨石的200倍，大小和4座珠峰相当。
撞击发生后，地球首先迎来的是一场史无前例的巨大海啸。海洋被搅得天翻地覆，富含铁矿物的深层海水被卷了上来。同时，撞击发生的地方，那里的地层中恰好也有着丰富的菱铁矿，这就使得当时海水中的铁含量突然增加。紧接着，撞击产生的高温不但蒸发了部分表层海水，同时也让陨石携带的磷大量释放到了海洋中。
之前的海水由于缺乏营养，微生物数量稀少。现在，随着铁和磷含量的增加，那些以它们为食的微生物终于得以大饱口福，于是放肆繁殖。对于以铁代谢的微生物来说，它的代谢途径更为多样，不但能利用铁的不同氧化态获取能量，同时还能和其他元素协同代谢。除此之外，它们在适应环境和生态位方面也有着更多优势，这就让生命的形态有了更多可能。
所以，对有些生命来说，这些陨石犹如死神，它们的出现意味着命运的终结；但对有些生命来说，这些陨石更像一颗颗“营养炸弹”，只要你能幸存下来，后面有着享不尽的“荣华富贵”。不管怎样，此时的地球上，一场波澜壮阔的生物多样性演化即将拉开序幕。
[1] Pamerleau, I.F., Sori, M.M. & Scully, J.E.C. An ancient and impure frozen ocean on Ceres implied by its ice-rich crust. Nat Astron (2024). [3] Nadja Drabon, Andrew H. Knoll et al. Effect of a giant meteorite impact on Paleoarchean surface environments and life. Proceedings of the National Academy of Sciences. 121 (44) e2408721121. (2024) |
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