當我們大多數人思考是什么塑造了我們的星球時，我們可能會想到火山、地震和巨大的大陸慢慢疏遠（或再次重新組合）數百萬或數十億年。我們也知道隕石撞擊很重要;我們隕石坑滿載的月球就是這一點的明確證據。

但是，如果地球的地質故事也寫在更遠的恒星中——特別是在我們的家鄉銀河系的旋臂中呢？

這是最近一些將天體物理學與地質學聯系起來的研究背后引起共鳴的大膽想法。

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到目前為止，這些有爭議的想法都是基于模型，受到地球地質記錄的差距和太陽系銀河路徑的不確定性的限制。

但我們的新研究本周發表在物理審查研究，采取了不同的方法，將銀河系中的氫氣圖與地球上古代晶體中的化學指紋進行比較。研究結果支持了地球地殼可能受到太陽系繞銀河系旅行的影響的觀點。

通過氫解讀銀河系

天文學家經常使用中性氫（一個質子和一個電子的最簡單原子）作為宇宙標記。

這原子氫發射波長為 21 厘米的無線電波，穿透了遮擋銀河系大部分地區的塵埃和氣體。這些來自更高密度氫區域的發射揭示了銀河系的掃蕩旋臂，即使可見光望遠鏡無法揭示。

螺旋臂不是堅固的結構。相反，它們是密度波——就像恒星、氣體和塵埃的交通擁堵一樣，它們在銀河盤周圍移動的速度比單個恒星本身更慢。

由于太陽系繞銀河系中心運行的速度比臂快，因此它會周期性地超越它們，大約每 180-2 億年一次。穿過旋臂可能會增加撞擊地球的彗星和小行星的數量。

鋯石晶體：微小的時間膠囊

我們怎么知道地球是否真的感受到了這些銀河系遭遇的后果？

答案可能就在于鋯石，一種常見于地殼中的耐寒礦物，可以存活數十億年。

鋯石晶體在巖漿中形成，就像微小的時間膠囊.它們不僅可以確定年代，而且還攜帶有關地球生長時的化學線索。

在這些晶體內部，氧原子以略有不同的形式出現，稱為同位素，具有相同的化學成分但質量不同。這些同位素充當示蹤劑，顯示巖漿是來自地球深處還是與地表水接觸。

當太陽系繞銀河系運行時，它會經過螺旋臂氫氣更集中的地方。如果鋯石氧同位素在原子氫密度高時存在異常變化，那么這表明某些東西破壞了地球上地殼形成的正常平衡。

將地球的巖石與銀河系地圖相匹配

這項新研究直接將這種鋯石同位素記錄與太陽系銀河軌道上的射頻測量氫密度進行了比較。結果？驚人的相關性。

太陽系穿過旋臂的時期——氫密度較大的區域——與鋯石氧變率的峰值一致。

換句話說，在太陽系嵌入銀河系恒星形成臂的同時，地殼似乎更加“混亂”。

地殼上的銀河指紋

什么可以解釋這種聯系？

一種想法是，當太陽系穿過旋臂時，它可以撼動遙遠的太空冰冷區域，稱為奧爾特云，這是一個遠遠超出冥王星的巨大彗星庫。

然后，其中一些彗星可能會沖向地球。

每次撞擊都會產生巨大的能量——足以融化巖石，引發地質劇變，并在地球地殼上留下持久的痕跡。

至關重要的是，這一記錄保存了數十億年，比我們在地球上仍然可以看到的撞擊坑要長得多，這些撞擊坑經常被侵蝕或板塊構造所抹去。

因此，鋯石可以提供我們無法通過天文學直接觀察到的銀河系影響的深層檔案。

宇宙聯系

如果地球的地質真的對銀河系的節奏做出反應，它就會擴展我們對驅動行星演化的因素的看法。它表明，要充分了解地球，我們必須超越地球，看看銀河系的巨大結構，這些結構周期性地重塑了我們太陽系的環境。

識別行星地質學中的天體物理指紋可以為地殼生長、宜居性甚至生命出現提供新的線索。

當然，謹慎是有道理的。相關性并不總是意味著因果關系，將銀河系手臂交叉的影響與地球內部過程分開是很棘手的。但新出現的證據足夠令人信服，值得認真對待。

目前，鋯石晶體（通常比沙粒還小的微小顆粒）正在幫助我們瞥見地球與宇宙之間的聯系。

克里斯·柯克蘭， 地質年代學教授，科廷大學和菲爾·薩頓，天體物理學高級講師，林肯大學

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