http://www.sciencehuman.com   科学人  网站 2010-03-08

 

褐红色的冰河时代沉积物帮助证明这块加拿大火山岩曾在“雪球地球”时代被冰雪覆盖。(图片提供：Francis A. Macdonald)

　　新浪环球地理讯 北京时间3月8日消息，据美国国家地理网站报道，最新一项研究称，在距今7.16亿年前，如今炎热潮湿的地球赤道曾覆盖着冰雪，这似乎为“雪球地球”理论进一步提供了证据。

　　所谓“雪球地球”(snowball Earth)是地质史上的一个名词，描述了距今约7.5亿到5.8亿年前，地球表面从两极到赤道全部结成冰，只有海底残留了少量液态水。美国哈佛大学地球学家弗朗西斯-麦克唐纳(Francis Macdonald)领导实施了这项研究，他和同事对夹在冰川沉积物之间的加拿大火山岩进行了研究。科学家可以通过冰川融化留下的残骸以及因冰川活动而变形的沉淀物，确定这种冰川沉积物。

　　麦克唐纳的研究小组利用极为精确的铀-铅年代质谱测定法认定火山岩和冰川沉积物是在大约7.16亿年前沉淀的，那也是科学家所假设的“雪球地球”时期。接下来，研究人员将自己的发现与以前一系列研究结果进行了对比，那些研究发现火山岩是在加拿大处于赤道附近时形成的。

　　随着时间的推移，地球构造板块的活动驱使火山岩向北移动，到了加拿大育空地区和西北地区。麦克唐纳称，围绕“雪球地球”还有许多谜团尚未解开，例如，仅凭借一个冰封的赤道，科学家无法确定当时地球上冰雪覆盖的程度。地球可能一直处于完全的“深度冰冻”状态，或者可能只是受制于不断活动的冰川和冰山，或是介于两者之间的冰体。

　　事实上，连“雪球地球”这一名称可能同样需要重新考虑。麦克唐纳说，地球可能不是“一个白球，而更有可能是一个泥球”。由于向外喷射灰烬的火山经常爆发，可能使得地球表面“布满灰尘”。由于植物在7亿年前并未进化，脏兮兮的冰可能是地球表面吸收阳光的唯一“黑点”。结果，这些区域更有可能融化，产生令原始生命形式茁壮成长的水体，比如藻类和真菌类。

　　据麦克唐纳介绍，在“雪球地球”时期，部分有机体存活下来，甚至形成新的物种，这增加了一种假说的可信度，即“雪球地球”具有开放水域的避难所，或至少是冰层裂缝，举例来说，今天，南极洲附近的冰缝就“充满”单细胞生命形式。

　　麦克唐纳表示，了解地球早期历史极端状况，可能还有助于科学家对现代气候变化有新的认识。例如，科学家了解到，在过去一千年，地球一直在无处不在的冰雪覆盖期和温室状况(如到处是恐龙的无冰白垩纪)之间“摇摆”。麦克唐纳的研究结果刊登在最新一期的《科学》杂志上。他说：“这一切说明，地球十分敏感，我们认为地球任何微小变化都能对环境产生极大的影响。”

　　例如，科学家认为“雪球地球”时期的火山喷发向大气层释放了大量硫颗粒，阻滞阳光照射大地，从而使地球温度下降。有专家甚至建议，现在，我们也可以采用人工方式阻滞阳光，用以解决全球气候变暖。麦克唐纳指出，这意味着调查这种地球历史的“自然实验”十分重要：“这会告诉我们远比电脑模型更多的东西。”

　　(孝文)

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天文学家发现超级地球为首颗新类型系外行星

　　环球地理讯 北京时间2月9日消息，据美国国家地理网站报道，天文学家在2009年发现了一颗表面遍布火山的岩质系外行星，并将其命名为“CoRoT-7b”。天文学家认为CoRoT-7b是迄今太阳系外最像地球的行星。然而，最新一项研究表明，地球可能并不是CoRoT-7b的最佳参照物。研究人员认为，CoRoT-7b其实是第一颗新类型的系外行星：超级木卫一(super-Io)。

　　潮汐非唯一热源

　　据领导实施这项研究的美国华盛顿大学天文学家洛里-巴恩斯(Rory Barnes)介绍，与木星的卫星木卫一一样，CoRoT-7b很容易处于适当的轨道，体验所谓的潮汐加热现象。在木卫一上，潮汐加热现象是因木星引力的推拉作用令其地壳不断变形所致。巴恩斯表示，这种活动产生了足够的热量，为数百座活火山提供了能量，CoRoT-7b同样存在这种情况。

　　与木卫一不同的是，CoRoT-7b紧靠一颗恒星而非行星轨道运行，所以，潮汐并不是这颗系外行星的唯一热源。基于以前的大量观测，天文学家认为CoRoT-7b表面温度在1832至2732华氏度(1000至1500摄氏度)之间。巴恩斯说，表面温度如此之高，CoRoT-7b一定会有“熔岩池塘甚至是熔岩海洋”。

　　科学家还了解到，CoRoT-7b有潮汐锁定现象，所以，有一面总是面向恒星。所谓潮汐锁定，是指一个天体绕另一个天体公转时，会产生潮汐摩擦，让自转减慢，到了最后会以同一面持续面对另一天体的状态。巴恩斯说：“这颗行星的背面可能存在火山活动。根据我们的猜测，CoRoT-7b的一面表面已经熔化，另一面则是剧烈的火山活动。”

　　相当于两个地球大小

　　CoRoT-7b是天文学家利用以法国为首的行星寻找任务CoRoT发现的。CoRoT任务旨在探寻天体从恒星前面经过(即穿越)时引起的星光周期性微降现象。当发现CoRoT-7b的消息在2009年2月宣布时，天文学家将其称为是迄今发现的绕类日恒星运行的最小系外行星。

　　根据CoRoT-7b的穿越，天文学家可以知道，这颗行星大概相当于两个地球大小。地球的直径约为7920英里(12760公里)。木卫一的直径约为2260英里(3630公里)。后续研究测量了CoRoT-7b的质量和密度，证实它是一颗岩质行星。基于这些特征，CoRoT-7b被称为“超级地球”。

　　这一术语被用来依据系外行星与太阳系内天体的相似程度，对它们进行非正式分类，比如“炽热木星”、“超级海王星”等。在最新研究中，巴恩斯和同事根据CoRoT-7b的大小、质量、与恒星的远近程度及其同附近“姐妹行星”CoRoT-7c的相互作用，对这颗系外行星的可能轨道做出估计。他们在今年1月召开的美国天文学会大会上公布了这一研究结果。

　　与木卫一更相像

　　研究人员发现，即便CoRoT-7b轨道的运行稍显异常，也能产生足够的潮汐热量，为大量火山活动提供能量，使得它更像木卫一而非地球。据巴恩斯介绍，首先，就像木卫一的运行轨道非常接近木星一样，CoRoT-7b也近距离绕其主恒星运转，所以，引力的影响尤其强烈。

　　其次，木卫一和CoRoT-7b都存在潮汐锁定现象。以木卫一为例，这意味着这颗卫星的一面始终面朝木星。这一侧受木星引力的推拉作用更为明显，以致这个原本圆球状的天体稍显椭圆形，中心位置鼓起。巴恩斯说：“地球也存在这种现象，由于同太阳和月球的相互作用，地球中间也鼓了起来。海洋潮汐式缘于引力潮，而岩石也因潮汐作用而变形。”

　　此外，由于同木星附近卫星的相互作用，木卫一的运行轨道呈不规则的椭圆形，所以，它与木星的距离会随时间变化。在距离木星更近时，木卫一会被更多地拉长，而远离木星时，它则会变得更圆。巴恩斯说：“我们以网球为例，如果你不断挤压，它会因摩擦而产生热量。木卫一就存在这种情况，只不过它是同一颗行星产生了这种作用。”

　　眼下，CoRoT-7b距离我们过于遥远，当前技术和望远镜无法对其轨道做出精确估计，所以，这颗行星是否真像木卫一还是一个谜。美宇航局下属喷气推进实验室行星科学家罗萨莉-洛佩斯(Rosaly Lopes)说：“我认为他们的研究结果很可靠。”她认为，1979年，在“旅行者”号飞船发现木卫一火山喷发的羽状尘埃物质之前，科学家就已成功预测了木卫一表面的火山活动。

　　火山活动难以证明

　　洛佩斯说：“斯坦-皮尔(Stan Peale)和同事分析了木卫一的轨道，认为它可能存在潮汐加热现象。”紧接着，“旅行者”号飞船发回的照片显示了大量羽状尘埃，后来，“伽利略”号飞船拍到的照片又发现了170多座活火山。皮尔现为美国加州大学圣巴巴拉分校名誉教授，他也认为“最新研究的结论可行的”。

　　皮尔指出，CoRoT-7b附近第二颗行星的存在意味着，这颗行星的轨道可能不断变化，“足以将内部加热至超级木卫一的状态，最终像木卫一一样表面具有火山活动。”洛佩斯则表示，“最新研究令人感兴趣的是，像木卫一这样的天体可能存在于其他太阳系中。不过，在目前条件下，CoRoT-7b是否存在活跃的火山活动非常难以证明。

　　巴恩斯称，像“斯皮策”太空望远镜这样的先进观测手段或许能看到CoRoT-7b火山喷发释放的气体。他说：“CoRoT-7b行星轨道周围或许遍布火山喷发形成的气云。我们利用‘斯皮策’望远镜可能会根据光的信号观测到，但这非常困难，因为CoRoT-7b行星距离我们过于遥远，且光线微弱。”

　　不过，巴恩斯认为，随着CoRoT这样的行星寻找任务以及最新发射的“开普勒”望远镜不断深入太空，人类将会发现数千个与CoRoT-7b相似的表面炽热的岩质天体。巴恩斯说：“我将‘开普勒’望远镜看作是寻找超级木卫一的理想探测器。”每发现一个“超级木卫一”，都“距离发现真正的‘超级地球’更近了一步。”(孝文)

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