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原初洪荒,究竟啥样?

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贝壳光辉岁月

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新鲜人 发表于 2016-8-13 22:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

原初洪荒,究竟啥样?





  溯鹰 发表于  2016-08-11 18:26

  都好几天过去了,想必你们对洪荒之力这个词都已经看得烦死了。

  但是作为一个学地质的人,看过这些所谓的洪荒之后,我表示非常不开心:

  这哪里洪荒了啦!

  是,杨万里写过“洪荒之世,人与禽之未别”,但杨万里那时代又没有地史学。以我们今天的认识,这“人禽未别”,满打满算也就五百万年吧?地球的历史可是有将近一千个五百万年呢,区区千分之一,哪里当得起“天地玄黄宇宙洪荒”的那个洪荒。

  一路往前推,倒也能找到不少史前的自然伟力。有喜马拉雅造山运动,有希克苏鲁伯陨击,有西伯利亚大溢流……但这些终究还是不过瘾。要找真正的洪荒,怎么说也得回到46亿年前,回到太阳系和地球的原点——那里有真正的开天辟地,那里有真正的清浊分离。

  清浊辟离,天地初开

  太阳系和地球的形成过程,可谓是一个字面意义的开辟,它一级一级地开,它一级一级地辟。

  太阳系的前身是一坨星云。长什么样儿呢?抬头看看今天的鹰状星云(M16, Eagle Nebula)或者猎户座大星云(M42, Orion Nebula)就知道了。稀薄的气体,弥漫在漆黑一片的深空背景中。电离的氢分子云发出微弱的光晕,暗云气与之相互交融。飘忽荡漾、氤氲迷离,着实是混沌一词最佳的写照。

  

  M16鹰状星云。图片来源:astronomy.com

  在46亿年前的某个时刻,这片波澜不惊的星云遭受了冲击波的洗礼,冲击波的源头可能是临近的超新星爆炸之类的冲击。在波动的推搡下,云气里的物质开始翻腾、压缩。显然,这种光年级的压缩可不是我们平时气筒活塞的抽吸。它让星云中形成物质的超密集区,最终诱发引力坍缩。星云中所有的物质都朝着坍缩的核心流去,最后的结局,核聚变的光辉便点燃在巨大的质心里。此处有了光、有了热、太阳诞生了。这个叫太阳的火球集中了原始星云里近乎全部的质量和角动量,只有一些非常零星的边角废料免于吞噬。废料们在庞大角动量的带动下旋转得又扁又薄,慢慢形成了我们今天所说的原行星盘。

  这样的事件,都是千百万年级别的长镜头。为了便于理解,我们在此处不妨创造一个虚拟的时间单位——“事件日”。我们把开天辟地过程中每个大事件的完成称之为一个“事件日”。它们相互之间可长可短,但主要为了梳理清楚。

  太阳的诞生显然筛出了第一级。混沌的星云不见了,取而代之,宇宙中多了个恒星、多了个围着恒星旋转的尘埃盘。世界有了光、也有了热,至此,是为第一“日”。

  要知道,原行星盘本身也是混沌的。里面有残留的氢气、有各种轻元素的氢化物(比如H2O、NH3、CH4、H2S)等……另外,原始太阳星云本身是上一代恒星爆炸的遗迹,里面混有比例可观的重元素比如Si、Al、Fe等,这些重元素以硅酸盐或者氧化物的形式结合在一起,形成固态碎屑,一起漂浮在鸿蒙一片的原行星盘中。

  太阳不仅发光发热,它也发风(风是太阳风的风)。在这些因素面前,原行星盘自然免不了被筛的命运。所有上述物质里,轻的弱的易蒸发的,统统被太阳的温场气化,然后被太阳风吹到外侧;重的稳的沸点高的,融不化也吹不走,就留在相对近些的地方。由此一来,混沌的原行星盘就被筛成截然分明的两个带域:外侧冰尘带,内侧岩屑带,至此,是为第二“日”。

  无论是冰尘带和岩屑带里,都漫布着成分不同的小尘埃。尘埃们到处飘荡,频繁摩擦,慢慢吸附,逐渐增大。它们聚合成星子(Planetesimal),星子之间再融合,滚雪球似的变圆、变重…….不知经过多长时间,尘埃“带”消失了,取而代之,无数原行星(Protoplanet)出现在了盘子里。至此,太阳系完成了从尘埃到原行星的聚合,是为第三“日”。

  原行星的数量并不少。它们的轨道复杂交错,难免要碰撞、冲击,并进一步融合成更大的家伙。在这个过程中,原行星的数量开始逐渐从增长转为消耗,到最后形成几家独大的局面。这里面最大的某些个体,甚至有了吸积最轻最稀薄的物质——氢的能力(要是给它们足够的氢原料,说不定还要和太阳分庭抗礼呢,没错就是说你呢木星)。这些“宇宙吸尘器”疯狂地扫荡着周遭弥漫的杂质,把它们统统包裹到自身的外侧,构筑成伟岸的身躯。至此,我们有了金地水火、有了木土海天——行星雏形的诞生,是为开天辟地的第四“日”。

  不过呢,此时把它们称为真正的行星可能还不太合适。为啥?按照现有定义,行星的轨道上是不允许有杂物的(参见不愿透露姓名的冥X星)。原行星残余分子还没有消灭干净,它们和八大行星的轨道是重合的。只要给它们时间,它们总会跑到一起,这叫“有趣的星球终会相撞”。别的不说,就说地球,便在某一刻跟一个叫忒伊亚(Theia)的家伙撞了一下腰。腰飞了出去,形成个叫月亮的东西。据说金星那边也挨撞了,撞得金星上的太阳从此得从西边出来。慢慢地,原行星一个不剩了,八大行星奠立了生存地位并延续至今。轨道清空与大撞击(Giant Impact),构成所谓开天辟地的第五“日”。

  

  地球与忒伊亚碰撞的想象图,Dana Berry所作。图片来源:ROBIN CANUP, SWRI

  从星云到恒星,从星盘到尘埃带,从尘埃带到原行星和行星….一层层筛下来,太空里已经被辟得差不多,太阳系结构跟今日已经没有质的差别了。接下来呢,就该各家“自扫门前雪”了。地球好歹也是一个引力中心。沿着地球径向,物质们还要沿着比重继续筛。它筛出沉甸甸的地核、筛出汩汩对流的地幔;筛出表面的原始地壳;岩浆里的气体挥发出来,又形成原初大气层。至此,地球从一团杂乱的岩浆球,逐渐变成级别分明的圈层结构,这便是第六“日”,所谓的行星分异(planetary differentiation)。

  把所有这些“事件日”合并成一个真正的时间单元,再起个配得上它的名字,便有了地球历史的第一章,冥古宙(The Hadean Eon)。整个冥古宙时期,说多不多,太阳系其实就只干了一件事:开天辟地,鸿荒乖离。

  可是冥古宙并没有就此结束。在最后的第七“日”里,我会带你们看一下真正有意思的东西——那是冥古宙最后的事件,也是太古宙到来的晨曦。

  虽然洪荒之力里的“洪”并不是洪水的意思,可太初纪元里还真的有一场字面意义的故事。

  ——创世第七“日”,是为太初大洪水。

  太初大洪水

  普世的豪雨自天而降,它冲刷着地表的一切、吞没着地表的一切。这是创生之水,孕育之水。它的发生,就此为地球带来一个前所未有的新圈层,这圈层一经诞生便维持至今。今天的它,有一个特别亲切的称呼——海洋。

  目前科学界普遍认为,地球水体的绝大部分都是天外来客。这次事件叫做后期重轰炸(Late heavy bombardment),在之前的文章里我也提到过不少次。没有这次事件,地球跟水将没有半点缘分。君在柯伊伯,我在宜居带,日日思君不见君,交集大约等于0。

  

  后期重轰炸想象图。图片来源:AFP/Getty Image

  可能是由于巨行星之间的轨道谐振吧,又或者它们在调整自身轨道…?Anyway,在冥古宙末期,外侧那几个大巨头(木星、土星…)确实是调皮了。它们操作引力和角动量,把大量柯伊伯带的小天体(碳质球粒陨石或者彗星)甩到了太阳系内带。这些小天体是冰尘带产物,含有大量水分,它们不分由说地射到地球上,干燥的地球便湿润了。

  你可能会问:水分子进来之后还会继续被太阳筛回冰尘带吗?这次不会了。此时是 “后期”,离行星聚合的时代已经过了几亿年,地球早已有了成熟的引力场和磁场。有这俩东西罩着,还用怕区区太阳风吗?。

  “后期”的另一个潜台词是,此时地球的原始地壳已经初步形成了。只不过呢,在漫天小陨星的轰炸下,它又重新被砸个稀巴烂。陨击事件本身就为地球输入了巨量的动能。陨星融于地球后,便转化成内能。地球表面重新热了起来,岩浆海回来了,回到了开天辟地之时的状态。

  在地表岩浆海的烘烤下,这些移民地球的水体,发现自己根本没法在地表呆下去——整个地表都是超过1200度的岩浆啊。谁家的水接触到1200度的岩浆还不气化呢?于是,小陨星们输入的水分就纷纷挤在大气层里。星球级的闪电轰鸣在天,亘古的岩浆之海咆哮在地。如果真要找个场景,在观感层面上描述一把“天地混沌”的话,我觉得这个场景才是最适合的。

  

  岩浆湖。图片来源:CARSTEN PETER/photography.nationalgeographic.com

  然而,岩浆海终归会慢慢冷却,新生的地表还是凝固了。大地固化为古老黝黑的玄武岩,云中的水汽纷纷而降。按照今日海洋的体积反推回去,当时的大气层中可能蕴含着四大洋的体量呢。它们在全球普降的洪水中落下了,气归气、海归海,位于地表的两大圈层——大气和海洋,就在这亘古的豪雨中,分出了清浊。

  我已经用上了洪荒之力!

  已经了解了“洪荒”是什么,可是“之力”呢?是说每一幕创世大事件所蕴含的威能吗。是,但也不是。因为所有表现出来的东西都不是本质。它们只是结果,只是地球在背后简洁的物理机制作用下,所表现出来的运动状态而已。

  力是什么?力是原因、是本质、是之所以会形成这一切的前提。

  归根结底,世界上只有四种力。引力、弱力、强力、电磁。开辟洪荒的过程,是四大原力聚合涌动的过程。正是这四重力量的合作,才最终造就了洪荒世界的每一份传奇。

  ——没有引力,星云的质心不能坍缩、地球的圈层也不能分异。天地初开的恢弘,不过是南柯一梦的泡影。

  ——没有强力,质子和中子便不能结合,宇宙不会有除氢之外的元素,核聚变也成为无稽之谈。太阳、天狼星、参宿四…所有的恒星将不复存在,宇宙不过是一团强子的雾霭。

  ——没有电磁力,化学反应就不会发生。绝大部分宏观层面上的机械力统统不能激活。原行星盘里的小尘埃碰撞时将不会带电,元素之间也不会有氧化还原。行星再也不会诞生,无论你是朱庇特还是塞坦。

  ——没有弱力,地核这个裂变炉便不会释放出足够的地热。地球将早早冷却,失去她的磁场,失去她的软流圈、失去她引以为傲的板块漂移,最后变成和月球一样的死星。没有了活跃的内动力,生命绝对不可能登上历史舞台。

  所以呐,开天辟地的浩然,其实是无数单调却不懈的积累;每一份洪荒之力的背后,其实都闪烁着整个宇宙的根源。

  无论是运动场还是行星盘,力都是创造与改变的代名词。愿洪荒之力与每一个人同在。

  题图为M42猎户座大星云,来源:Astronomy Mag

  (编辑:Ent)

  

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