猛犸象

天文史上的今天那个埋葬在月球上的男人


今天(4月28日),是美国著名地质学家,小天体研究专家尤金·舒梅克诞辰90周年纪念日。纪念这位伟大的研究者!

年4月28日,90年前的今天,尤金·舒梅克(EugeneShoemaker)诞生于美国加州洛杉矶。他是一名伟大的天文学家,是行星科学这门新兴学科的开拓者和奠基人之一。也是唯一一个埋葬在地球以外天体上的人类。

然而,这个未来天文学家的青少年时代,却和天文没有一毛钱关系。

他本是一个为地质而生的人。

/根正苗红的地质学家

从小学开始,尤金就对石头产生了浓厚的兴趣,而且不止于兴趣。

小学四年级的他就开始参加学校和博物馆的地质培训,还提前学习了高中的地质相关课程。他对收集矿石非常着迷,高一暑假还去当了宝石工匠的学徒……

这种走火入魔的架势让作为教育工作者的爹妈非常忧虑:这孩子莫不是连大学都不想上了,去当个职业宝石工匠吧!

并没有。

尤金不仅想上大学,而且还是个有理想有追求的学霸:非加州理工不去。

年,16岁的尤金如愿入读加州理工大学,然后继续开挂,用人家一个本科的时间把本硕学位都搞定了:19岁大学毕业,20岁硕士毕业,研究方向是新墨西哥北部的前寒武纪变质岩。

这样的青年才俊,刚一毕业就毫无悬念地进入了美国地质调查局(USGS),这是美国做地质考察和绘制各种地图的机构。

当然,彼时刚20岁的尤金不会想到,此后终其一生他都会和这个机构有着割舍不断的羁绊。

只不过,这么根正苗红的地质学背景出身,尤金本应该在地质学,或者更准确地说,在岩石学的路上发足狂奔,怎么奔着奔着就成天文学家了呢?

乍看起来挺不可思议的,但细细想来,其实一步一步又是那么自然而然。这一切还得从尤金童鞋的第一份工作说起。

/从研究石头到研究陨石坑

年,美国地质调查局(USGS)分配给尤金的第一份工作,是让他去搜寻科罗拉多州和犹他州的铀矿。铀是一种放射性元素,也是也是各国制造核武器的重要材料。

找铀的工作延续了好几年,其间尤金还开始在普林斯顿攻读博士学位,打算继续研究变质岩石学老本行,然而这个计划没能实现…因为当时人们发现被侵蚀的火山口附近经常有含铀沉积物富集。

于是,东家USGS大手一挥:你去研究一下火山过程吧。于是尤金童鞋只好收拾行囊,跑去了位于亚利桑那州北部的一个叫做HopiButtes的火山地带,在这里,尤金童鞋邂逅了他的宿命之地——巴林杰陨石坑(BarringerCrater,也叫MeteorCrater)。

不过巴林杰陨石坑,那时候还不叫陨石坑,因为那时候大多数人都不相信这是陨石撞击形成的,毕竟凭空想象地球曾经被天外来客撞出那么大一个坑,这一下子确实挺难接受的,而把这些凹陷当做火山喷发的遗迹就容易接受多了。

学霸尤金童鞋对这个起源有争议的碗状洼地产生了巨大的兴趣,他利用自己扎实的地质学和岩石学经验,以及出色的绘画功底,对巴林杰陨石坑一带地质情况和地层结构进行了详细的考察。

考察巴林杰陨石坑底部的尤金童鞋。/USGS

↓感受一下他在-年间绘制的地质图

巴林杰陨石坑周边的地质情况。/USGS报告

另一方面,随着冷战时期的需求从铀转移到另一种核反应元素钚,USGS又大手一挥让尤金转而去研究内华达州的核爆破坑,而这份新工作给了尤金绝好的契机来对比巴林杰陨石坑和和爆破坑。

↓他在前人工作的基础上进一步确认了巴林杰陨石坑和核爆产生的坑确实非常相似,也就是说这样的碗状凹陷更像是剧烈的冲击作用由外而内引起的,而非火山喷发。

这是尤金童鞋绘制的巴林杰陨石坑剖面结构图,中央的竖线是钻孔采样的地方。/USGS报告

这是尤金童鞋绘制的核爆产生的坑。/USGS报告

在综合了亲身考察和几十年来科学家们对陨石坑起源的各种理论的基础上,尤金在年向USGS提交了一份题为《巴林杰陨石坑的撞击机制》的报告。

在这份报告中,尤金认为巴林杰陨石坑并不是火山喷发造成的,而是“一颗速度高达15千米/秒的陨石撞击地表形成的”。

尤金在报告中认为的巴林杰陨石坑形成过程。虽然从现在看来,这个撞击机制尚有不足之处,但在当时却是开拓性的。/USGS报告

也是在差不多时候,尤金和另外两名地质学家在巴林杰陨石坑的岩石中首次发现了天然的柯石英(coesite),这是一种在高压下才可能形成的二氧化硅形态,所以不太可能出现在火山口,这一成果发表于年的《科学》杂志,尤金是第二作者。这一发现成为了证明巴林杰陨石坑更可能是陨石撞击形成的重要证据之一。

不过,这里我们要强调的是,以现代地质学的角度来看,无论是从形态、地质特征判断,还是柯石英的发现,这些依然只是判定地球陨石坑的重要参考,还有其他一些重要证据,那时尚未被提出。

总之,尤金童鞋以巴林杰陨石坑的地质研究为课题完成了博士论文,于年获得了普林斯顿大学的博士学位。

/从地球地质到月球地质

从少年时代起,尤金就对月球充满了憧憬。当20多岁的尤金在巴林杰陨石坑考察的无数个夜晚,他不止一次看着头上的月亮,想着月球上密密麻麻的凹陷和可能和地球上的陨石坑一样,也是撞击形成的。

后来我们都知道了,那些确实也都是陨石坑。

陨石坑密布的月球表面。/NASA

那时候的尤金就坚信,月球表面和地球表面有很多相似之处,等待地质学家去探索。因此,探索月球绝不仅仅是宇航员和天文学家的工作,地质学家才能更好地揭开这个天体表面的奥秘。他希望有一天能成为宇航员,能成为亲自踏上月球的土地,亲自在月球上进行地质考察的人。

而且他并不仅仅是想想。

-年,尤金为自己的月球梦做了四件事。

第一件,他开创性地用地质学的理论和方法来研究月球上的地层结构,通过望远镜拍摄的月球表面照片,分析了月球哥白尼撞击坑的地层形成时间,绘制了详细的地质地图,并以此重建了月球表面的地质历史。而在这之前,人们都是通过物理或者天文的方法来研究月球历史的。可以说,这是地质学融入天文学研究最早的尝试之一,从此,地质学家从天文学家手中分走了行星地质学这一片天地。

第二件,他在美国地质调查局(USGS)创建了天文地质学中心(AstrogeologyScienceCenter)并被任命为首席科学家。自此,USGS不再仅仅局限于地球,而是囊括了整个太阳系所有固态天体的地质学研究和地图绘制工作。这个机构至今仍是行星地质学领域最重要最活跃的结构之一。

USGS天文地质学中心







































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