土星环是太阳系中最著名、最壮观的景观之一。地球可能也曾有过类似的环。

隐藏的陨石坑表明地球可能曾经有一个环就像土星一样

在《地球与行星科学快报》上发表的一篇论文中，我和我的同事提出了地球可能曾经有过环的证据。

这种环形成于大约4.66亿年前，并持续存在了数千万年，它的存在可以解释地球过去的一些谜题。

地球有环的案例

大约4.66亿年前，大量陨石开始撞击地球。我们之所以知道这一点，是因为许多撞击坑是在地质学上短暂的时期内形成的。

在同一时期，我们还在欧洲、俄罗斯和中国发现了石灰岩沉积物，其中含有大量来自某种陨石的碎片。这些沉积岩中的陨石碎片显示出它们暴露在太空辐射下的时间比我们今天看到的陨石要短得多。

此时也发生了许多次海啸，从其他不寻常的杂乱沉积岩可以看出。

我们认为所有这些特征可能都相互关联。但是什么将它们联系在一起呢?

陨石坑图案

我们知道在这次高撞击时期形成了21个陨石撞击坑。我们想看看它们的位置是否有规律。

利用地球板块过去运动的模型，我们绘制出了所有这些陨石坑最初形成时的位置。我们发现，所有陨石坑都位于当时靠近赤道的大陆上，没有一个陨石坑位于更靠近两极的地方。

所以所有撞击都发生在赤道附近。但这真的是撞击发生的公平样本吗?

我们当时测量了地球表面适合保存陨石坑的土地面积，发现只有大约30%的土地位于赤道附近，70%的土地位于高纬度地区。

月球背面的撞击坑分布相当均匀。图片来源：月球勘测轨道器/美国国家航空航天局/戈达德航天中心/亚利桑那州立大学

在正常情况下，撞击地球的小行星可以随机地撞击任何纬度，就像我们在月球、火星和水星上看到的陨石坑一样。

因此，如果这些陨石坑彼此之间没有关联，那么这一时期的21个陨石坑全部形成在赤道附近的可能性极小。我们预计在更高纬度地区也会看到许多其他陨石坑。

我们认为，所有这些证据的最佳解释是，一颗大型小行星在与地球近距离接触时解体。几千万年来，这颗小行星的碎片像雨点一样落到地球上，形成了我们上面描述的陨石坑、沉积物和海啸的形态。

光环如何形成

您可能知道，土星并不是唯一一个有光环的行星。木星、海王星和天王星也有不那么明显的光环。一些科学家甚至认为，火星的小卫星火卫一和火卫二可能是古老光环的残留物。

我们已经知道很多有关光环形成的知识。下面是光环的形成过程。

卡西尼号航天器拍摄的土星背光照片。图片来源：卡西尼号成像团队/SSI/JPL/ESA/NASA

当小天体(如小行星)靠近大天体(如行星)时，它会受到引力的拉伸。如果距离足够近(在洛希极限以内)，小天体就会分裂成许多小碎片和少数大碎片。

所有这些碎片将被推挤，并逐渐演变成围绕较大天体赤道旋转的碎屑环。随着时间的推移，环中的物质将落到较大天体上，较大的碎片将在那里形成撞击坑。这些陨石坑将位于赤道附近。

因此，如果地球在大约4.66亿年前摧毁并捕获了一颗路过的小行星，那么它就可以解释撞击坑的异常位置、沉积岩中的陨石碎片、陨石坑和海啸，以及陨石相对较短暂地暴露在太空辐射中。

巨大的遮阳伞?

当时，由于大陆漂移，各大洲的位置各不相同。北美洲、欧洲和澳大利亚的大部分地区靠近赤道，而非洲和南美洲则位于较高的南部纬度。

这个环可能位于赤道周围。由于地轴相对于其绕太阳公转的轨道倾斜，这个环可能遮蔽了部分地球表面。

这种遮蔽反过来可能导致全球变冷，因为到达地球表面的阳光减少了。

这又引出了另一个有趣的谜题。大约4.65亿年前，我们的星球开始急剧降温。4.45亿年前，地球进入了赫南特冰河期，这是过去5亿年中最冷的时期。

地球的遮蔽环是造成这种极端降温的原因吗?我们科学调查的下一步是建立数学模型，以研究小行星如何分裂和分散，以及由此产生的环如何随时间演变。这将为气候建模奠定基础，探索这种环可以带来多少降温。