臺北市立天文科學教育館

很久以前，地球可能曾擁有屬於自己的行星環系統。這個假設中的環從宇宙的時間尺度來看並沒有持續很長時間——僅僅數千萬年。然而，這段時間足以在地球的地質記錄中留下深遠的影響。

行星環在太陽系中被認為相當普遍。四顆巨型行星都有環系統，甚至有證據表明火星也曾擁有環系統。這引發了天文學家的好奇心：地球過去是否也曾有過環系統？

如果行星環曾經存在，我們不太可能在太空中找到其痕跡；但在奧陶紀期間，約4.66億年前，隕石撞擊頻率突然增加，持續了約四千萬年。這一時期出現了大量隕石坑，而且分布非常集中。

這些隕石坑不僅在時間上密集，在地理位置上也相當接近。天文學家分析了在這一時期形成的21個隕石坑，發現它們當時都位於地球赤道以南30度範圍內。這是因為在奧陶紀期間，地球的各大陸連成一塊超大陸—岡瓦納大陸。更奇怪的是，這些轟炸似乎只影響了約30%的地表區域，全部集中在赤道地區。這些特定撞擊只局限於地球的一小部分區域，就像一條狹窄的岩石帶圍繞地球中線傾瀉而下。

圖說：奧陶紀期間靠近赤道的大陸地殼區域。奧陶紀之前的區域以橘色表示，奧陶紀岩石區域為深藍色，而更年輕的區域則為灰色。標記為粉紅色的點是已知的奧陶紀撞擊尖峰期隕石坑。（來源：Evidence suggesting that earth had a ring in the Ordovician）

天文學家的研究表明，約4.66億年前，一顆小行星以恰好的角度進入地球引力範圍。這顆小行星沒有直接墜落，但距離足夠近使其達到了洛希極限被地球的潮汐力撕裂。對於一顆結構鬆散的小行星，洛希極限大約是1萬5,800公里。這比一些衛星的軌道高度還低，這也解釋了來自這顆小行星的碎片可以在地球周圍形成一個相對穩定的環，並隨著時間逐漸衰減。

這與我們在太陽系中觀察到的現象一致。土星環系統是暫時的，並以相當快的速度墜落到土星表面。我們還在1994年看到舒梅克-李維九號彗星撞擊木星─但在撞擊之前，木星的引力將彗星撕裂，並在其周圍形成了一片環繞數年的碎片帶。

撞擊集中現象是證據之一，同一時間沉積的隕石物質是另一個線索，這兩個跡象可能與同一顆小行星有關。另外，大約4.45億年前的奧陶紀晚期地球進入了一次冰河時期，環繞地球的環可能遮蔽日照，進一步加劇了冰冷氣候，儘管這目前還只是推測並需要進一步研究。

「當時發生的另一件事情是奧陶紀大輻射—不同物種的快速演化，氣候的快速變化對生命形成挑戰。因此，如果環系統驅動了氣候變化，它也可能促進了快速的生物演化。」主導研究團隊的湯姆金斯表示。「另一個有趣的概念是，這可能是我們改造過熱行星的一種方式。我們能將一顆小行星引導進入金星周圍的軌道，這種降溫過程可能會導致大氣部分降雨並產生顯著的冷卻效果。」

如果這一環系統的存在最終得到證實，它將改變我們對地球早期歷史的理解，並為研究行星環系統的形成提供更多線索。（編譯／ 王庭萱）

來源：ScineceAlert、Earth and Planetary Science Letters。