南極的起源

南極的起源

    南極洲被冰覆蓋了幾千年，直到最近，我們才能夠完全識別出它隱藏的秘密，科學家們把焦點轉(zhuǎn)向了南極洲的地形，并揭示了它粗糙的巖石表面的很多細節(jié)。南極洲實際上是一個多山的大陸，一些最令人印象深刻的研究證明了這一事實，這些工作是由英國南極調(diào)查局與國際機構(gòu)合作完成。

    在2012年，BAS發(fā)布了一份精確的地形圖，顯示了南極大陸的山脈、峽谷和平原，這些都是以前從未見過的細節(jié)，這些圖像被稱為“床圖”，它主要是通過雷達圖像和衛(wèi)星讀數(shù)，結(jié)合地圖制作軟件繪制而成，對崎嶇不平的南極景觀進行了生動的復現(xiàn)。

南極大陸

    在英國航空公司團隊公布地圖的10年前，美國宇航局科學研究中心的查爾斯·韋伯繪制了一幅相當詳細的南極巖石床的圖像。然而，他的工作只是基于地表測量，因此在覆蓋面積上受到限制。

    許多人已經(jīng)形成了對南極洲的隱形景觀的印象，根據(jù)對皮里·雷斯地圖副本的曝光，有些人認為這些化石從遠古時代保存下來，并準確地描述了南極洲。就像被冰覆蓋之前一樣，包括南極洲在內(nèi)的皮里·雷斯地圖尤其令人印象深刻，因為它是在南極洲被正式發(fā)現(xiàn)之前形成的。

    皮里·雷斯地圖發(fā)現(xiàn)于1929年，可追溯至1513年，當時一名土耳其制圖師繪制了這幅地圖，顯然他獲得了公眾不知道的秘密信息。必須承認，皮里·雷斯地圖并沒有完美地重現(xiàn)南極洲的潛在特征，但它的正確程度，似乎不只是一個幸運的猜測。

皮里·雷斯地圖

    現(xiàn)代技術(shù)所揭示的是，南極洲是一塊廣袤的土地，其地質(zhì)變化并不驚人，它最顯著的是山脈，南極洲西部，橫貫南極山脈大約有3500公里長，是最高的山峰，文森峰高達4850米，位于南極大陸的中部，埃爾沃斯山脈有1200到1300公里長，其中包括將近三千四百米高的山峰。

    另一個極端是本特利海溝，它直插到2500米深，峽谷、溝谷和山谷，這在冰層下很常見，為這片崎嶇不平的土地增添了一種質(zhì)感，而這片土地實際上已經(jīng)被冰凍了數(shù)百萬年。

    到目前為止，只有大約1%的南極洲巖石帶可以在冰面上看到，盡管它們的長度和高度非常之大，埃爾沃斯山脈被完全掩埋在超過600米的積冰和積雪之下，這個區(qū)域?qū)嶋H上是在3400萬年前，南極洲的深度冰凍開始的地方，當時的冷卻作用，將整個大陸籠罩在800萬平方公里的堅硬的不可穿透的冰層之下。

    由于它的古老起源，這片浮冰底部的冰層，本應是地球上發(fā)現(xiàn)的最古老的冰層之一，在南極洲工作的中國科學家們，花了十年時間研制一種足夠強大的鉆冰工具。冰核樣本的收集一直延伸到這個深度，其特征是保存完好的大氣樣本，將為研究人員提供一個獨特的機會，來研究地球大氣在地質(zhì)時間過程中的演變及其氣候變化。冰凍大陸的形成、今天的南極洲的形成，分兩個階段進行。

    當初岡瓦納大陸的解體，這片大陸包括了我們今天所知的印度、非洲、南美洲、阿拉伯、澳大利亞和南極洲，這種分離可能早在兩億五千萬到三億年前就開始了。大約八千萬年前，隨著岡瓦納大陸的衰落，南極大陸開始向南緩慢遷移。

    那時，南極洲是一片郁郁蔥蔥的綠色大陸，動植物密集，河流在寬闊平坦的平原上自由奔流，盡管板塊運動開始在陸地上造成重大改變，并最終形成了新的山谷和山脈，南極洲在這一時期是青翠的，但在地質(zhì)上卻高度活躍，這有助于塑造大陸的巖石床變成今天的樣子。

曾經(jīng)蔥郁的南極大陸

    例如，當南極洲開始與它的姐妹大陸分離時，這些沿著斷裂帶的巨大板塊運動，被認為是造成南極大陸中部地區(qū)山脈形成的原因，這些運動被稱為裂谷運動。它們會在斷裂帶之間劃出深深的裂谷，偶爾會導致山脈形成這些裂谷之間的峽谷。

    應該注意的是，直到大約5000萬年前，地球的氣候還很溫暖，而現(xiàn)在，大氣中二氧化碳的濃度要高得多，這使得即使在兩極附近的溫度也保持溫和。

    岡瓦納大陸解體后，南極洲到達了它現(xiàn)在所在的南極位置，但曾有一段時間，它仍被一層綠色覆蓋著。

    南極洲的下一階段進化，發(fā)生在四千萬到五千萬年前，或者三千四百萬年前，從那時候開始，大氣中高濃度的二氧化碳，刺激了一種水生蕨類植物的迅速生長，這種植物被稱為Zola，就像所有的植物一樣，在光合作用過程中吸收大氣中的二氧化碳，但是Zola花的傳播速度非常快，而且還以吃二氧化碳聞名，所以它們的出現(xiàn)，導致了這種重要的溫室氣體在大氣中的濃度急劇下降。

    當光合作用不再強烈后，這些藻類攜帶著碳沉入了湖底，并永久地從生態(tài)循環(huán)中退出。

    3400萬年前，地球的氣候因這種變化而發(fā)生巨大的改變，這意味著位于南極的大陸不可能保持無冰狀態(tài)，南極變得越來越冷，失去了維持生命的能力，冰川冰蓋很快便開始它們無情穿越陸地的征程，逐步將其轉(zhuǎn)化為典型的冰凍荒原。

    我們今天看到的，南極洲的未來就是地球的未來，對南極地貌的分析仍在繼續(xù)，其底層巖層的地圖已經(jīng)被改進，包括發(fā)現(xiàn)新的特征，但是這幅地圖，由英國南極勘探局在2012年繪制的，仍然是衡量所有其他測繪的標準，科學家兼發(fā)言人哈米什·普里查德解釋說，努力揭示地球上最神秘大陸的所有地質(zhì)特征，是一項嚴肅的任務。

南極冰川

    除了好奇之外，最初BAS繪圖項目的最終目標，是找出南極洲的冰層有多厚，并確定它的巖石床如何影響未來、冰的運動和行為，或者它的液體殘留物如何開始大規(guī)模融化？

    這些信息支撐著我們現(xiàn)在用來計算，冰如何在大陸上流動的模型，普里查德解釋說，南極冰蓋不斷地由降雪和流向海岸的冰提供，在那里，巨大的冰山被雕刻成海洋或者融化成模型，這個過程需要一些復雜的冰物理知識，但也需要了解冰流動的河床地形，這是一個糟糕的地圖。

    作為對全球變暖的回應，南極洲的冰帽正在縮小，海平面將上升，隨著融化的繼續(xù)，當這個過程中氣溫上升，對地球其他地方的影響可能是大災難。如果全球溫度繼續(xù)上升，南極冰蓋繼續(xù)融化，或許科學家會知道南極冰層下面是什么，但南極大陸上冰融化方式將決定海平面上升的速度。

    更準確地說，他們將能夠預測與氣候變化相關(guān)的結(jié)果，如果南極西部、南部和東部的冰蓋全部融化，或者干脆從大陸上脫離，墜入海洋，全球的海平面將上升64米，即使只有部分冰層融化，失控的全球變暖可能會淹沒城市，擾亂地球各地沿海地區(qū)的生活。

    因此，科學家們需要盡可能多的關(guān)于南極洲的準確數(shù)據(jù)，這就是為什么英國南極考察隊的測繪項目，所獲得的數(shù)據(jù)非常有用。

    冰立方天文臺是地球上最偏遠的天文設施，它深深扎根于南極洲的冰中，這就是所謂的“荒郊野外”。冰立方裝置的特點是采用了高科技粒子中微子探測器，旨在尋找宇宙中最難以捉摸的粒子之一。中微子是電子的亞原子表親，它們是沒有電荷的幽靈，質(zhì)量極小，它們避免了與物質(zhì)的相互作用，這使得它們很難被探測到。

南極冰立方天文臺

    盡管如此，我們每時每刻都置身于中微子的無形海洋中，它們是創(chuàng)造的基本元素之一，從一開始就存在。許多天體物理學家相信，暗物質(zhì)是由大爆炸后不久遺留下來的原始中微子構(gòu)成，如果這是真的，它們將成為宇宙中最常見的粒子類型。

    電子和中微子都屬于一類被稱為輕子的粒子，輕子與弱核力有關(guān)，弱核力控制著原子核的衰變，并在轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生全新的粒子，正是在這些衰變模式中，中微子形成了，并檢測到了它們的存在，讓科學家們得以一瞥創(chuàng)造和毀滅的基本過程。

    與光粒子不同的是，中微子甚至可以從最密集的環(huán)境中逃逸。例如，從一個被稱為一九八七的超新星中釋放出來的中微子，在光粒子發(fā)射前三個小時就可到達地球，攜帶著從時空分裂中收集的巨大能量。

    收集這類型的中微子、尋找這樣的粒子，是該設施建立的主要原因之一。但冰立方的研究人員，并沒有為他們在2012年的常規(guī)數(shù)據(jù)調(diào)查中，所發(fā)現(xiàn)的情況做好準備，而在分析2000年到2012年1之間收集的數(shù)據(jù)時，駐扎在冰立方的科學家們驚奇地發(fā)現(xiàn)，他們在所有被探測到的28個中微子中，發(fā)現(xiàn)了能量極高的中微子，其中許多中微子的能量高于普通的能量。

    但是沒有一個能與這種中微子所攜帶的巨大能量相比，它們的被發(fā)現(xiàn)于伯特星和厄尼星，包括我們的太陽和超新星釋放出大量的中微子，就像地球的大氣層一樣，探測器通常會發(fā)現(xiàn)這些中微子，但是這種最突出的中微子被測量出的能量，是超新星釋放的中微子的1億倍，這明確表示它們有不同的起源，雖然曾經(jīng)見過的最高能量的中微子。

    美國特拉華大學紐瓦克市的冰立方研究員托馬斯·加澤，在2013年發(fā)表講話時表示，這一發(fā)現(xiàn)出乎意料，人們立即開始尋找解釋，很多猜測都集中在活躍的銀河系中心。

    人們認為，超大質(zhì)量黑洞是構(gòu)成了許多星系的中心，它們有可能發(fā)射出巨大的高能物質(zhì)射流，包括能夠在太空中傳播很長距離的中微子，地球受到超高能量宇宙射線的轟擊。

    許多天文學家認為，這些宇宙射線一定來自這些活躍的星系核，因為與這些能量是相似，將它們與高能中微子聯(lián)系起來是有道理的，因為中微子與物質(zhì)的相互作用很小，它們甚至可以從最厚的星系爆炸中產(chǎn)生，而且能量完好無損，如果這個理論正確，那就意味著這些中微子一定來自銀河系之外。

    之前在我們的宇宙中，從未發(fā)現(xiàn)過能量水平接近這個水平的中微子，而且它們不太可能來自這個星系的中心。

    一些科學家認為，中微子可能被我們銀河系中強大的天體加速了，比如脈沖星，中子星或小的看不見的黑洞，然而，這些想法都是高度推測性的，而且大多數(shù)人都相信，這些細小的亞原子粒子，實際上已經(jīng)開始了它們在銀河系之外的旅程。

    爭論持續(xù)了幾年，但在2007年在冰立方天文臺獲得的新數(shù)據(jù)，似乎解決了這個問題，具有超高能量水平的中微子被再次探測到，但是這次它們被追蹤到天空中的一個特定的點，中微子的來源，被確定為在獵戶座內(nèi)一個被稱為“開拓者”的黑洞，在這種情況下，它會產(chǎn)生發(fā)光的中微子和粒子噴流，它們直接指向地球。

    這個特殊的發(fā)光器距離地球有驚人的37億光年，這意味著現(xiàn)在在這里檢測到的中微子，是在40億年前從一個遠離我們銀河系的地方發(fā)射出來的。

    這種中微子的發(fā)現(xiàn)是一種罕見事件的定義，但這是基于探測技術(shù)的本質(zhì)，而不是這種現(xiàn)象本身的限制。事實上，地球正受到來自宇宙的無數(shù)中微子的轟擊，這些中微子來自太陽、恒星超新、黑洞、銀河系中心、以及我們自己的大氣層等等，很少被發(fā)現(xiàn)只是因為它們，很少與物質(zhì)相互作用，而不是因為它們的數(shù)量很少，這些幽靈般的粒子確實在物質(zhì)中移動，就好像物質(zhì)并不存在一樣，它們不斷地在任何時刻穿過任何事物和每一個人。

    太陽中微子的問題和它對現(xiàn)實的意義，研究罕見或奇異粒子的目的之一，是它們可能揭示宇宙的真實性質(zhì)、存在和活動，可以幫助證實或證偽，目前關(guān)于宇宙學和中微子的理論，可能正在做后者。

    在研究了與太陽有關(guān)的中微子活動之后，天文學家遇到了一個難題，雖然已經(jīng)探測到來自我們最近的恒星的中微子，但是沒有哪個數(shù)字達到了預期的水平，也就是被認為是能量來源的核聚變過程。

    太陽產(chǎn)生的中微子應該比目前發(fā)現(xiàn)的要多得多，即使考慮到探測技術(shù)的局限性，作為核聚變的副作用，太陽能量的2%應該被中微子帶走，但要完成這樣一項任務，所需的大量的中微子卻沒有被探測到，這就是所謂的太陽中微子問題。

    如果沒有解決方案，它可能會對我們對宇宙的理解產(chǎn)生深遠的影響，為了保持太陽運行的標準模型，一些天體物理學家假設中微子，可能會改變它們的形式，使它們更難被探測到。

顯然，另一種可能性是，目前關(guān)于太陽如何產(chǎn)生能量的共識是完全錯誤的，中微子的缺失，只是因為這些預測是基于錯誤的科學假設，矛盾的數(shù)據(jù)可以令人信服地推翻任何假設，無論多么流行或被廣泛相信。

    持續(xù)的來自太陽的中微子短缺，可能意味著恒星并不像我們被告知的那樣運作，主流宇宙學家很難接受或承認，一個越來越受歡迎的替代大爆炸理論，電宇宙理論，支持者聲稱，太陽通過作為一個強大的電導體或放電點來產(chǎn)生能量。

    如果這是真的，太陽或其他恒星內(nèi)部將不會發(fā)生核聚變，這就可以解釋觀測到的中微子數(shù)量，和標準模型預測之間的差異。

    目前，電宇宙理論仍未被證明，并局限于科學辯論的邊緣，但如果有一天得到證實，太陽中微子問題，可能被認為是最早的線索之一，它最終導致了科學共識的革命性改變，宇宙學理論的興衰，確實可能基于宇宙中最小、最輕、最難以捉摸的物質(zhì)的行為和特征，從亞原子粒子到距離遙遠的宇宙星系。

    在某種程度上，存在的任何東西都相互聯(lián)系，我們對這種聯(lián)系的本質(zhì)的研究，也許有一天會產(chǎn)生一些驚人的發(fā)現(xiàn)。

    研究人員仔細觀察從南極洲冰層中打撈出來的兩塊隕石，發(fā)現(xiàn)了令人驚訝和興奮的東西，他們發(fā)現(xiàn)了一粒微小的沙子，似乎是在幾十億年前的超新星爆炸中形成的，這是首次在隕石或其他地方，發(fā)現(xiàn)超新星所產(chǎn)生的硅酸鹽樣本。

    最可能的情況是，這顆超新星發(fā)生在我們太陽系形成之前，它的殘骸是在一次難以想象的長途旅行后到達這里，通過太空的真空，這些微小的硅酸鹽顆粒是肉眼不可見，它們是用一種納米離子微探針的高科技設備發(fā)現(xiàn)的，它把隕石的巖石樣本放大了2萬倍，這些儲層的精確化學組成是極不尋常，其特征是同位素氧18的痕跡，它只能在煉獄般的超新星熔爐內(nèi)形成。

    有趣的是，這兩粒沙子是分開發(fā)現(xiàn)的，一粒是由美國圣路易斯華盛頓大學的一名科學家發(fā)現(xiàn)，另一粒是由中國北京地質(zhì)與地球物理研究所，在中國南極科考隊取回的一塊隕石中所發(fā)現(xiàn)，盡管它的位置偏遠和惡劣，南極洲是一個尋找隕石的好地方，它干燥的氣候是保存隕石碎片的理想狀態(tài)。

    南極洲冰蓋的移動，使得隕石集中在更容易被發(fā)現(xiàn)的地方，沒有樹木覆蓋，沒有湖泊，沒有河流，這也使得這片土地更容易被探索。

    發(fā)現(xiàn)硅酸鹽顆粒是一個值得關(guān)注的事件，因為這些特殊類型的超新星粒子，以前沒有被發(fā)現(xiàn)過，但這并不是第一次從隕石中找到超新星的殘余物，隕石中發(fā)現(xiàn)的稀有同位素包括鉻54、鋁26和鐵60，所有這些物質(zhì)都來自巨大爆炸的恒星內(nèi)部。

    尋找更多的超新星飽和隕石，將繼續(xù)在南極洲和其他地方進行，但我們沒有機遇從太空中尋找更多的超新星足跡。

    事實上，它們每時每刻都在我們身邊。它們就是我們這個星系的起源，超新星的驚人創(chuàng)造力，在我們太陽系形成的46億年前，一顆超新星在我們附近的星際空間爆炸了，爆炸的力量非常巨大，它在我們太陽系的形成中發(fā)揮了重要作用。

    來自超新星的沖擊波最終撞入了銀河系，這個部分旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃云，在這次碰撞中引發(fā)了連鎖反應，導致云團壓縮，另外，坍塌引發(fā)了行星、衛(wèi)星和其他巖石體的形成，一旦一切冷卻，并在它們的太陽軌道上穩(wěn)定下來，一個真正的太陽系就正式誕生了。

    除了沖擊波，超新星還產(chǎn)生了廣泛分散的各種元素的云團，在爆炸的恒星內(nèi)部產(chǎn)生。流星曾經(jīng)是這些小顆粒的有效存儲地，數(shù)十億年后，它們落在地球上，給我們留下太陽系起源的線索。

    氫和氦是宇宙中迄今為止最豐富的元素，在整個宇宙中，它們加起來約占所有物質(zhì)的百分之九十八，其余在自然界中發(fā)現(xiàn)的百分之九十左右的元素，只占了宇宙元素的另外百分之二。

    盡管在地球上這些占主導地位的種元素，擁有著壓倒性的比例，氫和氦只占我們星球質(zhì)量的百分之一，這似乎難以置信。它們?yōu)楹螣o處不在，這個謎題的答案在恒星中找到了，尤其是那些巨大到足以通過核聚變將氫轉(zhuǎn)化為氦的超新星恒星中，太陽最終將會耗盡氫而結(jié)束自己的生命。

    在這一點上，恒星內(nèi)部的活動將開始產(chǎn)生重稀有元素，隨著恒星慢慢達到其生命周期的盡頭，總數(shù)將不斷累積。

    大恒星燃燒后會經(jīng)歷一段膨脹期，然后劇烈收縮，在此之后，永恒的壓力將變得非常巨大，最終導致恒星爆炸，發(fā)出明亮的熱閃光和能量。恒星爆炸核心中較重的元素，以驚人的速度向四面八方噴射到太空中，正是這些元素最終形成了行星和其他天體。

    所以所有比氫和氦重的元素組成了我們的地球，它們實際上是在恒星內(nèi)部產(chǎn)生的，然后被超新星爆炸扔到太空中。

    平均來說，銀河系中大約每50年就有一顆超新星。如果沒有這些爆炸分布的重元素，就不可能有新的行星在太陽系中形成，我們的星球來自至少一顆超新星，甚至可能更多。

    這是一個迷人的事實，即宇宙所能產(chǎn)生的最具破壞性的事件，引起了一連串的發(fā)展，最終創(chuàng)造出一顆充滿重元素的行星，從而能夠支持生命的存在。超新星已經(jīng)在我們宇宙中傳播了生命的種子，也可能在宇宙其他地方傳播了。

    我們應該害怕超新星嗎？如果在銀河系附近發(fā)生另一顆超新星爆炸，它會把地球置于危險之中嗎？

    哈佛史密森天體物理中心的天體物理學家馬克博士說，在30到50光年之內(nèi)發(fā)生的一顆超新星將對地球產(chǎn)生重大影響，可能導致物種大滅絕。

    超新星發(fā)出的X射線和更多的高能伽馬射線可能會破壞保護我們不受太陽紫外線傷害的臭氧層，它還可能電離大氣中的氮和氧，導致大量煙霧的形成，就像大氣中的一氧化二氮一樣，這是一個可怕的場景。

    但幸運的是，我們不必擔心這樣的場景，在地球附近沒有大到足以變成超新星的恒星，這意味著我們似乎永遠不會面臨恒星爆炸引發(fā)的滅絕事件。