太阳系的最后重轰击期
之前撰写《太阳系中的巨型陨击坑》一文的时候，查阅资料期间反复碰到了“最后重轰击期”这个名词。在这个撞击事件密集的假想阶段，通过陨星碰撞，太阳系中形成了相当一部分大大小小知名不知名的环形山；同时，这也是类地行星积累大多数物质的时代。说太阳系类地行星与卫星的基本面貌都是在此期间塑造的也并不为过。（好吧，这一条也许对地球和金星并不适用，因为随后二者分别被风力水力侵蚀再加上板块运动以及火山活动变得面目全非了。）
所谓的“最后”，相对的是太阳系的形成过程而言的，其实它发生在39.2到38.5亿年之前，哪怕从地质意义说上，也还很古老。基本年代的确定主要是依靠阿波罗计划采回的月球岩石样本来实现的。后期阿波罗登月任务的着陆点都靠近主要的月海盆地，这些盆地据信就是涌过熔岩的陨击环形山。考虑不同盆地的岩石都是在这一相对较短的时间段内形成的，有理由认为碰撞事件的发生时间也相对集中。又由于这一碰撞时期最初是通过月岩的放射性年代测定推算而出的，人们又称它为“月球灾变”。
几大主要月海的形成年代，单位为亿年。（图片提供：PSRD/NASA）
碰撞事件集中发生的现象是加州理工学院的Fouad Tera、Dimitri Papanastassiou以及Gerald Wasserburg等人最早在上世纪70年代发现的。随后通过分析月球陨石，人们也证实不存在39亿年前的月岩样本。如果接受月球在此时期饱受陨星轰击的观点，那么与此同时，太阳系中的4颗类地行星也会遭受类似的命运。几座大到离谱的陨击坑，如水星的卡路里盆地和火星上的希腊盆地，也是在此期间形成的。
最后重轰击期假说如果成立，那么它可以很好地解释地球岩石不早于38亿年的事实。按照这一假说，该年代与地球的形成过程关系不大，却标明了陨星轰击过后地壳固化的时间。由此这个假说让人们以全新的视角看待早期地球。之前为了应对地球岩石的形成时代问题，研究者一般假定38亿年前的地壳尚未固化，年轻的地球上充斥着熔岩和火山。但是倘或岩石年代是碰撞的结果，早期地球也可能是早早就固化完毕，在重轰击期之前就发展出了原始生命的。虽然碰撞过程会让地表生物灭绝殆尽，但生命体还可以在地表之下的热液喷口附近存活下来，在重轰击期结束后继续发展繁盛。更有理论认为，轰击过后的地球变得更加适宜生命存在。
火星历史早期的湿润环境也可以通过最后重轰击来解释。除了在火星全球范围内形成众多的陨击环形山和熔岩之外，若是来袭天体中拥有冰态彗星成员，这一过程会让火星获得大量的地表水体。甚至每次撞击事件都会带来短期的降水，侵蚀地表并在环形山内形成沉积物。
那么这样一个激烈时期可能的成因是什么？主要的观点有类木行星迁移、天王星和海王星的缓慢形成，还有第5行星假说。先说最流行的第一种。这一观点认为，起初太阳系中的类木行星轨道彼此靠得比现在更近。随着海王星外天体会与类木行星相互作用，让木星向内迁移，其他3颗行星向外迁移，最终木星和土星出现了1:2共振，加速了天王星和海王星的运动。这也就是行星科学中很流行的尼斯模型。在迁移期间，海王星的引力场让大量的海王星外天体发生散射并进入内太阳系，轰击着类地行星，并一路扫清太阳系内的小天体。
行星迁移模型的过程示意。（图片来源：Gomes et al. 2005）
迁移模型的核心问题在于，如果要在合适的时间引发大规模轰击事件，那么类木行星需要在太阳系形成后6到7亿年才发生迁移。原初太阳系中是存在星子盘的，其中拥有大量行星形成过程的残余碎片。星子盘中的物质分布会大大影响木星和土星抵达1:2共振的时间。如果选取合适的初始条件，完全可以在需要的时间诱发轰击。反过来说，如果可以确切限制出最后重轰击期的发生时代，那么不难对早期太阳系的环境提出限制。
第二种理论是以星子形成的计算机模拟为基础的。根据模拟结果，天王星和海王星形成较慢，整个过程以十亿年计，这也会影响小天体的运动。但新近考虑了气体流的类木行星形成计算并不支持这一观点。第5行星理论又可分为火星和小行星带之间的类地行星与土星和天王星之间的气态巨行星两种变体，它们的轨道变迁也可能诱发所需的碰撞事件。
对最后重轰击期假说最大的质疑来自对样本采集地的顾虑。后期几次阿波罗登月的着陆点都靠近雨海。由于雨海直径超过了1000千米，它碰撞发生之时，抛出物可能会覆盖更大的面积。这样就无法排除所有月岩样本多少与雨海形成事件相关的可能性，如果可能性属实，样本年龄一致也是必然的结果。但是来自陨石的线索多少平息了这种质疑的声音。就算有部分月球陨石是来自阿波罗着陆点附近的，研究者完全有理由认为，这些陨石是来自月球上随机分布的不同区域的，更不排除来自月球背面的可能性。就算未来没有更多的月球采样活动，手头的证据也足以说明很多环形山都是在同一时代形成的。
另外一些质疑来自采自阿波罗16号着陆点附近的富长石角砾岩，这些岩石的年龄可能超过了41亿年，显然与最后重轰击理论上的发生时间不符。至少这些样本说明，最后重轰击期并没有完全重塑月球的面貌。而且根据计算，在最后重轰击期撞击月球的天体包括小行星与彗星二者，且彗星的比例虽然不详，但总量不会太少，它们会为月球带来大量的冰雪物质，而如今的月球上并没有表现出这样的成分存在的迹象，此外还有人认为，集中发生的撞击事件可能并不存在，太阳系天体遭受的陨星轰击率只是随着时间推移平滑下降的。我们手头的样本只是最新固化形成的月岩，更早的岩石因为早已破裂的缘故没能大量留存，这并不能说明所有的碰撞事件都是在同一时间发生的。
有趣的是，斯皮策空间望远镜已经在太阳系之外的乌鸦η系统中发现了类似于最后重轰击的现象。这个系统尚处演化阶段的早期，其中的尘埃辐射酷似2008年降落到苏丹的Almahata Sitta陨石，另外还表现出了与柯伊伯带相当的彗星环带的迹象。这一发现至少说明早期恒星系统的陨星碰撞事件确实频繁，但是究竟它们是像最后重轰击假说所认为的那样，是集中在很短的时间内的，还是像质疑的声音那样是持续发生速率逐步下降的，还有待未来的研究。
艺术家笔下乌鸦η系统中肆虐的彗星。（图片提供：NASA/JPL-Caltech）
