我们银河系手臂的迹象可能被困在地球的一些晶体中

当我们大多数人思考是什么塑造了我们的星球时，我们可能会想到火山、地震和巨大的大陆慢慢疏远（或再次重新组合）数百万或数十亿年。我们也知道陨石撞击很重要;我们陨石坑满载的月球就是这一点的明确证据。

但是，如果地球的地质故事也写在更远的恒星中——特别是在我们的家乡银河系的旋臂中呢？

这是最近一些将天体物理学与地质学联系起来的研究背后引起共鸣的大胆想法。

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到目前为止，这些有争议的想法都是基于模型，受到地球地质记录的差距和太阳系银河路径的不确定性的限制。

但我们的新研究本周发表在物理审查研究，采取了不同的方法，将银河系中的氢气图与地球上古代晶体中的化学指纹进行比较。研究结果支持了地球地壳可能受到太阳系绕银河系旅行的影响的观点。

通过氢解读银河系

天文学家经常使用中性氢（一个质子和一个电子的最简单原子）作为宇宙标记。

这原子氢发射波长为 21 厘米的无线电波，穿透了遮挡银河系大部分地区的尘埃和气体。这些来自更高密度氢区域的发射揭示了银河系的扫荡旋臂，即使可见光望远镜无法揭示。

螺旋臂不是坚固的结构。相反，它们是密度波——就像恒星、气体和尘埃的交通拥堵一样，它们在银河盘周围移动的速度比单个恒星本身更慢。

由于太阳系绕银河系中心运行的速度比臂快，因此它会周期性地超越它们，大约每 180-2 亿年一次。穿过旋臂可能会增加撞击地球的彗星和小行星的数量。

锆石晶体：微小的时间胶囊

我们怎么知道地球是否真的感受到了这些银河系遭遇的后果？

答案可能就在于锆石，一种常见于地壳中的耐寒矿物，可以存活数十亿年。

锆石晶体在岩浆中形成，就像微小的时间胶囊.它们不仅可以确定年代，而且还携带有关地球生长时的化学线索。

在这些晶体内部，氧原子以略有不同的形式出现，称为同位素，具有相同的化学成分但质量不同。这些同位素充当示踪剂，显示岩浆是来自地球深处还是与地表水接触。

当太阳系绕银河系运行时，它会经过螺旋臂氢气更集中的地方。如果锆石氧同位素在原子氢密度高时存在异常变化，那么这表明某些东西破坏了地球上地壳形成的正常平衡。

将地球的岩石与银河系地图相匹配

这项新研究直接将这种锆石同位素记录与太阳系银河轨道上的射频测量氢密度进行了比较。结果？惊人的相关性。

太阳系穿过旋臂的时期——氢密度较大的区域——与锆石氧变率的峰值一致。

换句话说，在太阳系嵌入银河系恒星形成臂的同时，地壳似乎更加“混乱”。

地壳上的银河指纹

什么可以解释这种联系？

一种想法是，当太阳系穿过旋臂时，它可以撼动遥远的太空冰冷区域，称为奥尔特云，这是一个远远超出冥王星的巨大彗星库。

然后，其中一些彗星可能会冲向地球。

每次撞击都会产生巨大的能量——足以融化岩石，引发地质剧变，并在地球地壳上留下持久的痕迹。

至关重要的是，这一记录保存了数十亿年，比我们在地球上仍然可以看到的撞击坑要长得多，这些撞击坑经常被侵蚀或板块构造所抹去。

因此，锆石可以提供我们无法通过天文学直接观察到的银河系影响的深层档案。

宇宙联系

如果地球的地质真的对银河系的节奏做出反应，它就会扩展我们对驱动行星演化的因素的看法。它表明，要充分了解地球，我们必须超越地球，看看银河系的巨大结构，这些结构周期性地重塑了我们太阳系的环境。

识别行星地质学中的天体物理指纹可以为地壳生长、宜居性甚至生命出现提供新的线索。

当然，谨慎是有道理的。相关性并不总是意味着因果关系，将银河系手臂交叉的影响与地球内部过程分开是很棘手的。但新出现的证据足够令人信服，值得认真对待。

目前，锆石晶体（通常比沙粒还小的微小颗粒）正在帮助我们瞥见地球与宇宙之间的联系。

克里斯·柯克兰， 地质年代学教授，科廷大学和菲尔·萨顿，天体物理学高级讲师，林肯大学

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