地球研究的新成果
一、探索地球物质要素的新信息
（一）研究地球重要构成物质水的新进展
1．分析早期地球水存在状态的新发现。
⑴发现地球最早可能是被水覆盖着的。2014年10月31日，美国伍兹霍尔海洋研究所研究员亚当、尼尔森和马沙尔等人组成的一个研究小组，在《科学》杂志上发表论文称，他们近日研究发现，地球以及内太阳系首次出现水的时间，比人们之前想象得要早，地球早先极有可能是一颗被水完全覆盖的“潮湿”行星。
亚当说：“我们的海洋一直都在，并不是之前所认为的后天形成。”据报道，研究人员研究了地球上的碳粒陨石。这种目前已知最原始的陨石，在大约46亿年前形成于尘埃漩涡、砂砾、冰和气体中，形成时间远早于地球。尼尔森说：“这些原始陨石里含有大量水，长久以来被看做是地球水的来源。”
为了找到地球上水的起源，他们测定了两种稳定的同位素的比率：一种是氢，另一种是氘。太阳系不同位置的这两种同位素，比率是不一样的。
研究人员利用美国航空航天局提供的小行星4-Vesta样本进行研究。4-Vesta在太阳系中与地球形成于相同位置，自身有一层玄武岩表面。来自4-Vesta的陨石，又被称为钙长辉长无球粒陨石。这些陨石形成于太阳系之后大约1400万年，从而可以用来寻找内太阳系水的起源，而此时，地球还处于成型的关键阶段。研究人员利用伍兹霍尔海洋研究所的东北部国家离子探针装置，分析了五个不同的样本。这是人类首次在钙长辉长无球粒陨石中检测到氢的同位素。
检测结果表明，4-Vesta有与碳粒陨石以及地球相同的氢同位素构成。这一发现与氮同位素数据一起，表明水最有可能来自碳粒陨石。
马沙尔说：“这一研究表明，地球上水与岩石极有可能同时形成。地球成型的时候，是一个潮湿的行星，表层全是水。”此前的研究认为，地球最早是干燥的，水是后来从彗星或“潮湿”小行星中得来，这些小行星基本由冰和气体组成。马沙尔接着说：“曾有人认为，在地球形成过程中的水分子肯定早已蒸发或蒸发进太空，而现在地球表面的水，一定是在数亿年之后才形成。”。
尽管这一发现并未否定后来地球含水量的增加，但其同时也表明，在地球形成的早期阶段，水的组成与含量均已适宜。
尼尔森补充道：“这一结果同时暗示，我们地球上生命可能起源于很早的时期。此外，由于水在内太阳系早已形成，其他系内行星也有可能早期是潮湿的，并且在成为今天这样恶劣的环境之前，还可能孕育过生命。”
⑵分析最古老锆石表明地球曾是水世界。2017年5月8日，澳大利亚国立大学地球科学研究院安东尼·伯纳姆领导的研究团队，在《自然·地球科学》网络版上发表的论文表明，44亿年前的地球有可能是一片荒凉、平坦的水世界，只有一些小岛露出水面。
研究团队，对有44亿年历史的微小锆石矿物颗粒，进行了分析。这些矿物颗粒，保存在西澳大利亚州杰克山脉的砂岩岩石中，它们也是目前地球上发现的最古老的碎片。
伯纳姆说，地球的历史就像是一本第一章被撕掉的书，因为地球形成最早期的岩石没有留存下来，但是研究团队根据锆石的微量元素，描绘出地球早期的样貌。这些锆石颗粒，因侵蚀而从最古老的岩石中露出来，就像犯罪现场留下的皮肤细胞。
研究显示，在地球形成的前7亿年里，地球上没有山峰，没有大陆板块碰撞，是一个相当平静而黯淡的地方。随后15亿年里主要存在的一种岩石中的锆石，与早期锆石非常相似，这说明，地球花费了非常长的时间演化成现在的样子。
2．分析地球水分子结构获得的新发现。
⑴由地球水氘含量较高的分子结构发现它可能比太阳还要年长。2014年9月25日，美国密歇根大学天文系克里夫斯等人组成的一个研究小组，在《科学》杂志上发表论文称，他们的研究显示，存在于地球、陨石、月球表面的水，从其分子结构分析，可能比大约46亿岁的太阳系还要“老”。这意味着，现存于太阳系中的水，有部分来自于太阳系形成前的星际介质。
克里夫斯表示：“太阳系诞生初期的环境条件，并不适合水分子的合成。而在这种情况下，水就只可能来自于富含化学元素的外部星云。引人瞩目的是，这些冰成功地在太阳系诞生的过程中幸存了下来。”
据报道，为了探明水的“年龄”，研究人员决定从氢的同位素“氘”身上入手，分析水的分子结构。氘，旧称“重氢”，常用于热核反应，在能源领域具有良好的前景，它们通常微量存在于我们周围的水中，并且很难自然形成。
研究人员建起专门的计算机模型，比对彗星、行星、陨石及地球海洋水中氘的丰度。结果发现，这些样本的比率，均高于正常情况下太阳系中氘的比率，也就意味着多出来的氘可能并不来源于太阳系。超出比率的氘，可能来自氘相对含量更高的寒冷星际空间，比太阳系更加“年长”。
但并不是说我们周围的水都是太阳系的“长辈”，真正早于太阳系形成的水分子，在其中的比例目前并不明确，不过其数量可能比较可观。
这一发现，不仅意味着我们每天可能在喝着来自遥远星际空间的水，还意味着宇宙中可能会有更多类似太阳系的系统，具备诞生生命的条件。这将有助于人类对行星系统的研究，人们或许将有更大机会找到另一个孕育生命的“地球”。
⑵全球多处发现组成结构上富含氢的古代地下水。2014年12月18日，多伦多大学地球学家芭芭拉·舍伍德-罗拉领导，牛津大学、普林斯顿大学同行参与的一个国际研究团队，在《自然》杂志上发表研究成果称，地壳深处古老的前寒武纪岩石产生的氢气，比以往认为的要多。他们确认，在全球多地都发现了组成结构上富含氢的古代地下水，其化学性质与深海热液喷口附近的水非常类似，暗示着这些古老水或许能为地下生态系统提供支持。这项研究成果，对于寻找火星生命也具有重要意义。
科学家们曾认为，地下微生物生态系统所消耗的能量，是从地球表面过滤下来的，也就是说，这些生态系统最终还是要依赖阳光和光合作用生存。但2006年，在南非威特沃特斯兰德盆地地下4公里深处，发现了以氢为食的岩栖微生物，让人们不禁好奇，这类生态系统在地球上的分布到底有多广泛。
据报道，为了寻找答案，该研究团队汇总了从32个采矿点，200多个钻孔采集的氢产量数据，这些矿点主要集中在加拿大、南非和斯堪的纳维亚半岛。他们确认，这些地方存在10亿多年前的古代水，并且氢含量很高。
计算结果显示，地球上最古老的岩石，即有5.5亿年到46亿年历史的前寒武纪大陆岩石圈，其每年产生的氢气，是科学家以前认为的百倍之多。这些氢气来自两种化学反应，一种是岩石内的天然放射性物质，使水分子分解成氢气和氧气；另外一种则是古老岩石常见的矿物蚀变反应。
舍伍德-罗拉说：“这极大地改变了地球上哪里可以存在生命的概念。”因为构成大陆的岩石，有70%以上可追溯到前寒武纪时期。
新发现，也可为寻找火星生命提供参考，因为火星上也有数十亿年前的岩石，并且这些岩石也具有产氢潜能。舍伍德-罗拉说：“如果古老的地球岩石现在还在生产这么多的氢，那么类似的过程可能也正在火星上发生。”
3．分析地球水的来源出现的新见解。
认为地球上的水可能不一定来自彗星。2014年12月10日，瑞士伯尔尼大学一个研究小组，在美国《科学》杂志上发表研究报告称，他们发现彗星“67P/丘留莫夫-格拉西缅科”上水蒸气的构成，与地球水有显著差异。这说明，地球上的水可能并非来自彗星。
许多科学家认为，在太阳系形成早期，由于大量彗星和小行星撞击地球，给地球带来了水。若想判定地球上的水是否源自某一天体，就要分析该天体上水蒸气中重氢(氘)与氢的比例。若比例与地球水相当，则说明地球上的水可能来自该天体。
人类目前探测的，主要是周期在200年以内的短周期彗星。其中，彗星“67P”是木星族彗星，公转周期在20年以下。另一种是哈雷族彗星，公转周期20到200年，最著名的就是哈雷彗星。
1986年，哈雷彗星“回归”地球。当时的探测结果显示，哈雷彗星上水蒸气的重氢比例高于地球。三年多后，木星族彗星“哈特雷2号”的分析结果表明，其水蒸气中的重氢比例与地球一致，地球之水来自彗星的理论又开始盛行。
瑞士研究小组说，罗塞塔彗星探测器2014年8月初，进入环绕目标彗星的轨道，该探测器在一个月内发回的50多个分析结果显示，与地球水相比，彗星“67P”水蒸气中的重氢比例，是地球水的3倍多，比哈雷彗星还高。
研究人员认为，这说明木星族彗星的特性，并不像先前想象的那么一致。地球上的水，可能来自其他木星族彗星，也可能源自其他类型的天体。地球之水从何而来，依然谜团重重。此外，火星和木星轨道间许多小行星所含重氢的比例，与地球水近似。尽管小行星的含水量较低，但大量小行星撞击地球，也有可能导致地球水诞生。
（二）研究地球大气形成的新进展
1．通过古老岩石中气体揭示地球大气的形成时间。
2014年6月12日，英国《每日邮报》网络版报道，正在美国加州萨克拉门托召开的“戈尔德施密特地球化学会议”上，法国洛林大学地球化学家纪尧姆·阿维斯、伯纳德·马蒂领导的研究小组报告说，他们通过对“时间胶囊”，即封闭在石英中的古老气体研究分析发现，地球的年龄比我们原先推算的要“老”6000万年左右，而月球也是这样。
以往年龄的测量，是对陨石采用放射测年(被测定物中某些放射性元素与其衰变产物的比率)进行的，一直以来，现代地质学和地球物理学认为，地球形成于太阳系形成的1亿年后。
而法国研究小组宣布：一种同位素信号可以表明，地球和月球的年龄被低估了。他们的研究认为，早期地球与一颗行星大小的星体发生巨大撞击的时间，大约在太阳系开始形成后4000万年。这就意味着，地球的形成进入最后阶段的时间，比此前的设想提早了大约6000万年。
研究人员表示，当回首进入“时间的深处”时，人们会发现早期地球上事件的发生时间很难确定。这是因为刚刚形成的地球，几乎不按“经典地质学”的常理出牌，譬如说那个时代岩层就是缺失的。因此，地球化学家们需要通过其他方法来估算早期地球事件。其中一个技术标准，就是测量从地球诞生时一直存在至今的各种气体(其同位素)的含量变化。即使这样，也只能给出一个估计值。阿维斯表示：“因为不可能给出地球形成的确切日期。至于这项研究的意义，是要证明地球的年纪比此前想象的还要大许多。”
太阳系最古老的岩石，已可追溯到45.68亿年前，所以地球的年龄不会超过这个数字。该研究小组分析了在南非和澳大利亚石英中的氙气，其分别可追溯至34亿年前和27亿年前，这种被封闭的古老气体就如同“时间胶囊”般一直流传下来，科学家可以利用它与目前氙气的同位素比值进行对比，用测年技术修正地球形成的时间。新数据计算发现，月球通过撞击形成的时间，比此前的设想提前了大约6000万年(±2000万年)。通过氙气信号他们计算出了地球大气的形成时间，大气层很可能是在这个地球与其他星体发生碰撞、导致月球形成的过程中出现的。
马蒂说：“这似乎是一个小的差异，但却非常重要。正是这一差异，为行星演变的时间设了限。特别是通过这些重要的撞击，形成了现在的太阳系。”
2．发现地球27亿年前便有氧气。
2016年5月，澳大利亚莫纳什大学地质学家安得烈·汤姆金斯牵头，英国伦敦帝国理工学院的马修·金奇等人参与的一个国际研究团队，在《自然》杂志上发表论文称，他们通过分析最古老的太空岩石，确定地球在27亿年前就已经有氧气了。
研究人员说，几乎没有什么比流星划过天空，更加让人感到转瞬即逝了。然而，60块微小陨石的烧焦残骸，却在澳大利亚西部的石灰岩层中，存在了27亿年。它们是迄今在地球上发现的最古老太空岩石。更重要的是，这些陨石含有铁氧化物的事实证明，当时的高层大气肯定含有氧气。
金奇表示：“发现微小陨石，我们就已经很吃惊了，更不要说发现那些含有铁氧化物的陨石。令人难以置信的是，这些微小的球体，将古代大气困在里面，并且像百宝箱一样把它储存起来。”
汤姆金斯介绍道，最大的意外是氧气的存在。他说：“作为地质学家，我们被教导的是，在24亿年前～23亿年前，地球大气层中并没有氧气。”
多重证据支持这样一种观点，即在约24亿年前所谓的大氧化事件之前，地球的空气中仅含有微量的氧气。不过，关键之处在于，这些证据均基于低层大气的构成。
由于上述陨石中含有氧，因此它肯定出现在约75公里高的高层大气中。研究人员根据陨石中氧化物矿物的类型估测，当时的氧含量可与今天大气层中的氧含量媲美——占到20%左右。
事实上，该团队发现，大气化学家曾预测，低氧早期地球的高层大气中含有大量氧气。这是因为太阳紫外线辐射会分裂水、二氧化碳、二氧化硫等分子，从而在高海拔地带释放氧气。此类反应释放的氢消失在太空中，而硫元素降落到地面。
汤姆金斯认为，中层大气中富含甲烷的逆温层，抑制了垂直环流，从而将下面大量的缺氧空气同富含氧气的稀薄高层大气分开。同时，汤姆金斯希望发现更多来自整个地球历史的陨石样本，以研究高层大气可能发生了怎样的变化，以及氧气可能最早出现于何时。
（三）研究地球稀有金属来源的新进展
认为地表稀有金属最早可能来自外太空。
2009年10月18日，加拿大多伦多大学地质系詹姆斯·布雷南教授主持，他的同事和美国同行参加的一个研究小组，在《自然·地球科学》杂志上发表论文认为，地球表面上蕴藏的一些稀有金属，也许最早来自于外太空。目前，岩石中所含的这些稀有金属，最有可能来自于外太空的陨石雨，例如彗星和陨星等。
长期以来，地质学家一直推测，45亿年前，地球曾经是一个冰冷的含铁岩石体，由于受到巨大的外来行星撞击，产生的高热量将铁从岩石里分离出来，分离出来的铁形成了地核。布雷南表示，地球在40多亿年前形成时，当时的极端高温一定会将岩石中所含的稀有金属成分完全分离出来，并将其沉积在地核之中。然而，现在的地表岩石中还能够探测到甚至可开采、冶炼出铂、铑等稀有贵金属。因此，科学家认为，目前岩石中所含的这些稀有金属，不可能来自于地球内部的任何自然过程。
研究中，科学家重现了当时的极端压力和温度环境来模拟这一过程，他们将相似的混合物，放置在高于2000℃的环境中，得到了无铁岩石和铁。由于科学家在此实验中获得了不含有任何金属的岩石，他们因而推测，在当时地球形成时，也发生了相似的状况。科学家进一步推测说，某种外来因素，比如大量来自外空的物质，是目前地球表壳中含有的各种稀有金属的来源。
科学家表示，这种外太空学说，还可解释为何目前在地球上有氢、碳、磷等产生生命的必需物质，这些物质在地球最初形成的极端环境中肯定不可能存在下来。科学家暗示，这些物质可能也是地球形成后的天外来客。
二、研究地球磁场与宇宙射线影响的新进展
（一）地球磁场方面探索的新成果
1．探索地球磁场逆转现象的新看法。
⑴研究推测地球磁场呈现反转迹象。2014年7月9日，英国《每日邮报》网络版报道，保护我们星球免受宇宙射线侵袭的地球磁场，在过去的6个月内已越来越弱了。欧洲空间局卫星收集到的数据显示，地球磁场，尤其是西半球方向磁场的削弱速度，比科学家此前预计的要快10倍左右。产生这种变化的其中一个原因，可能是由于地球磁场即将反转造成的。即便如此，其并不标志着地球上生命的终结。
一般认为，地球磁场来自地球深处的地心部分，其屏蔽了宇宙射线尤其是太阳风暴对地球的袭击，保护了地球生命的延续。此次地球磁场相关的测量数据由Swarm卫星提供。这是由三颗位于不同极轨的卫星组成的群卫星，隶属于欧空局，它们每一颗都可对地球磁场的强度和方位进行高精度、高分辨率勘察，为磁场变化规律及其复杂原理，提供了前所未有的新见解。
据报道，新测量已证实，磁北极正在向西伯利亚方向移动。第一组高分辨率图像显示，在过去的6个月内，西半球大部分地区的磁场正在减弱；而自2014年1月以来，也有部分区域出现磁场加强现象，包括南印度洋上空。
磁场强度出现变化本是正常的，但卫星数据却显示其削弱的程度，已比之前要剧烈得多。稍早些日子，在丹麦举行的会议上，科学家已展示了初期结果。按之前估计，地球磁场在每个世纪会削弱5%左右，而现在西半球磁场削弱速度比先前估计的要快10倍左右。目前仍不能确定地球磁场为什么会减弱——地球磁场与附近电流可生成一股复杂的力量，但它到底是如何生成的以及为什么它会改变，尚未完全被人类所了解。研究人员推测，地球磁场减弱的其中一个原因，很可能是地球磁极即将出现“颠倒”——即磁场反转。
Swarm卫星项目主管鲁内·弗洛伯格哈根表示：“地球磁场反转并不是即时的，需要几百年甚至几千年才能完成，而过去也曾出现过多次。”
目前，没有证据表明，磁场削弱标志着地球上生命的终结。历史上磁极“颠倒”时也没有出现大规模的生命灭绝或者太阳辐射损伤现象。但无疑，其对空间天气存在威胁，譬如说电网和现代通信系统将处于高度危险中。
欧空局表示，在接下来的几个月内，科学家将继续对影响地球磁场的其他来源(地幔、地壳、海洋、电离层和磁气圈)进行数据分析。这将为分析很多自然过程提供新的切入点——从地球深处发生的事，再到由太阳活动引发的空间天气，而这些信息反过来也将对“磁场削弱”这一谜题，贡献出更好的见解。
⑵认为地球磁场可在百年内完成逆转。2014年11月，意大利科学家领导，法国和美国学者参与的一个研究小组，在《国际地球物理学杂志》上发表论文称，他们进行的一项研究表明，地球磁场的逆转速度极快，整个过程可能不到100年。届时，所有指南针的指针将指向南，而不是现在这样指向北。此外，磁场逆转还会破坏地球上的电网同时提高癌症风险。
科学家一度认为地球磁场需要数千年时间才能发生逆转。在地球的历史上，磁场曾多次发生逆转。在长达数千到数百万年时间里，地球的偶极磁场一直保持相同的强度。出于一些未知原因，磁场强度变弱而后发生逆转。
根据研究小组发现的新证据，地球磁场强度的减弱速度是正常情况下的10倍，促使一些地球物理学家认为磁场将在几千年内发生逆转。磁场逆转由地球的铁核驱动，是一次全球性重大事件。尽管对地质和生物记录进行了研究，科学家并未发现与过去发生的磁场逆转有关的灾难的文字记载。不过，如果现在的地球发生磁场逆转，将潜在地给我们的电网带来浩劫。由于磁场保护地球上的生命免遭来自太阳和宇宙射线的高能粒子侵袭，磁场减弱或者逆转前的临时性磁场消失将提高癌症风险。如果磁场在发生逆转前长期处于不稳定状态，地球生命将面临更大风险。
研究人员指出：“我们应该认真研究磁场逆转可能对地球生物产生的影响。令人难以置信的是，地球磁场的逆转速度极快，整个过程可能不到100年。我们不知道下一次逆转是否像上次一样突然发生并快速完成逆转过程。”研究人员说，不管这项研究发现是否意味着现代文明将面临一场严峻挑战，都有助于科学家理解地球磁场如何以及为何周期性发生逆转。
根据研究小组获取的磁场记录，地球磁场上一次发生180度逆转前，在长达6000多年时间里处于不稳定状态。这种不稳定包括两次出现磁场强度较低的时期，每次持续大约2000年。磁场的快速逆转可能在强度第一次变低时发生。随后，整个磁极发生逆转，变成今天的状态。
2．探索地球磁场历史起源的新见解。
研究称地球磁场年龄达42亿岁。2015年8月，美国媒体报道，美国罗彻斯特大学地质学家约翰·塔都诺领导的研究小组，发表研究报告说，由于各种原因，地球的磁场对于地球上的生命是不可或缺的。原因之一是它可以使很多毁灭生命的宇宙辐射及太阳风偏移。
研究小组研究表明，地球磁场存在的历史起源，可能会比以前估计的更古老。研究人员对一份西部澳洲出土的锆石矿物进行研究，结果显示地球磁场寿命为距今42亿年，地球形成地质阶段的末期，比之前预估的年龄早了7.5亿年。
关于地球磁场的来源，早期历史上曾有来自北极星的传说，但是到公元17世纪初就已经认识到地球本身就是一个巨大的磁体，不过当时仍不清楚地球磁场是怎样产生的。随着科学的发展，对于地球磁场观测和地球结构的研究不断增多和深入，对地球磁场的来源先后提出了10多种学说。
（二）研究地球受宇宙射线影响的新成果
1．探测器发现地球上空曾现一个新辐射带。
2013年2月28日，科罗拉多大学、约翰斯·霍普金斯大学等机构组成的一个研究小组，在《科学》杂志网站发表研究报告称，他们发现，范艾伦探测器观测到地球上空曾短暂出现一个新辐射带。
范艾伦带是詹姆斯·范艾伦于1958年发现的由高能粒子组成的辐射带，它存在于地球上空，由内带和外带两部分组成，其内带距地面650至6300公里，外带位于地球上空1万至6.5万公里。它的高能粒子对载人空间飞行器、卫星等都有一定危害，内外带之间的缝隙是辐射较少的安全地带。
研究人员分析探测器观测结果后发现，2012年9月2日曾形成由超高能量电子组成的第三个辐射带，持续4周多，随后被一个来自太阳的强力行星间冲击波破坏并湮灭。
美国航天局说，这项发现，有助于进一步理解范艾伦带如何受太阳活动的影响，也意味着范艾伦带可能存在此前未预料到的结构。
2．认为地球脉动极光是由低能电子撞击磁场线造成的。
2015年10月, 美国航空航天局戈达德太空飞行研究中心，空间物理学家马里利亚·萨马拉领导的研究小组，在《地球物理研究》杂志上发表研究成果称，脉动极光的亮度呈现周期变化，其周期与测量到的电子的数量和能量有关，这些电子会像雨水一样从地球磁场和磁层中涌向地球表面。这一发现有些出乎意料，长久以来，低能量电子滴被认为在脉动极光的形状和结构的快速变化方面，很少或几乎没有作用。
萨马拉说：“这次发现多亏了地面和卫星测量手段的紧密结合，否则我们没有办法把这些情况相联系。”
与呈现弧形的连续活跃极光不同，脉动极光的特征是它们总在变换，进而点亮不同的区域。尽管所有的极光，都是由带能量的粒子特别是电子，快速撞击地球大气层，并与空气中的分子原子发生碰撞引起的，但导致脉动极光和活跃极光的电子来源却并不相同。
活跃极光是太阳物质的密集波，如高速太阳风或者日冕，击碎地球磁场导致的。撞击释放出的电子被磁场困住，与地球上空的大气层相互作用，产生极光。而掀起脉动极光的电子，则是被磁层中的复杂波动送上天空的，这些波动随时可能发生，并不只是太阳物质波搅动磁场时才会产生。
空间物理学家罗伯特·米歇尔说：“地球两个半球的磁极是相连的，意味着任何时候只要有脉动极光靠近北极，同时它也会出现在南极附近。电子在极光中沿着磁场线来回穿越。”
电子在穿越过程中并没有保持原始的高能量，而是变成了低能二次电子，这意味着它们变成了低速粒子，在与第一批高能量电子碰撞时被冲击到各个方向。这样，一些低能二次电子沿着磁场线向反方向那个半球压缩。
据物理学家组织网报道，科学家在比较地面拍摄的脉动极光视频时发现，极光最明显的结构和形状变化，发生在极少二次电子被迫撞击磁场线的时间内。
目前，即便是研究极光的最新模型，也未将二次电子考虑在内，很多人认为它们对极光的贡献可以忽略不计，然而，它们的累积效果却可能大得多。而如何让这种低能电子以合适的方式进入模型，正是研究人员下一步要进行的工作。
三、研究宇宙天体撞击地球现象的新进展
（一）寻找宇宙天体撞击地球的证据
1．发现支持宇宙天体撞击地球理论的新证据。
2012年6月，一个由18名研究人员组成的国际研究团队，在美国《国家科学院学报》上发表研究报告称，他们在美国宾夕法尼亚州、南卡罗来纳州和叙利亚的沉积岩薄层中，发现了类似熔化玻璃的材料。研究人员称，这种材料是宇宙天体撞击地球的结果，它可回溯至1.3万年左右，在1700℃至2200℃之间形成。
这些新数据，可谓是“新仙女木期假设”争论的最新有力支持。该假设提出，大约1.29万年前发生了宇宙天体与地球的撞击，接着引发地球气温的骤降。这一事件发生的时间，与猛犸象和巨型地懒等北美巨型动物群的主要灭绝时段十分接近，也与史前广泛分布的克劳维斯文化的消亡时间基本一致。
科学家基于两块大陆出产的硅酸矿渣类物质，确认了1.2万年前的3种同期水平。这种物质是高能宇宙爆炸或撞击的标志，支持了上述事件是由新仙女木期触发的论断。而对这种熔化玻璃状物质的形态学和化学检验显示，这一材料并非来自宇宙和火山，也非人为制造。这种极高温度下的玻璃熔融，与宇宙天体撞击事件所留下的痕迹一致。所需的温度也与原子弹爆炸的温度基本持平，足可使沙子熔化和沸腾。
研究人员表示，由于分布在北美和中东的三个地点，相隔1000公里至1万公里，它们很可能是新仙女木事件主要的撞击或爆炸中心，而由流星或彗星等宇宙天体所引发的地外撞击可能性更大。此外，存在于叙利亚古村落的厚木炭，也证明一场大火与1.29万年前的地外撞击等相关，证据显示它对当时居民的影响十分严重。
2．地球成分硅亏损镁富余现象可能是其早期遭撞击的证据。
2015年10月13日，英国《每日邮报》网站报道，法国国家科学研究中心科学家阿斯玛·卜杰巴领导的研究小组，借助实验方法和模拟手段进行研究显示，在地球历史的早期阶段，初生的地球曾经被陨星连续轰击长达1亿年之久。
研究人员指出，那场轰击事件可能已经永久性地改变了我们地球的化学组成情况。这一研究成果，将有望解释一个地球化学上的谜团，那就是为何地球的整体组成成分相比原始物质，似乎含有更高含量的镁和更低含量的硅。
目前，关于地球形成的理论认为，存在着一个吸积阶段。在此阶段内，地球周围小天体受到初生地球的引力影响，并逐渐聚集形成地球的雏形。然而，这一理论却似乎难以解释地球内核热量的来源，以及地球的磁场究竟是如何形成的。
在陨石中，有一类被称作球粒陨石。一般认为，这种陨石形成于太阳系最早期气体星云的凝结。其中，有一类特殊的球粒陨石，被称作“顽辉石球粒陨石”。顽辉石球粒陨石成分中的化学元素同位素比值情况，与地球相近。然而，与这类陨石的成分相比，地球的整体成分中仍旧显示更高的镁含量以及更低的硅含量。为了解释这样的差异，法国研究人员设想，这种情况可能是由于地球在其形成初期遭受大规模陨星撞击的结果。
尽管在这段狂暴时期，由于强烈的陨星撞击，地球也会丢失一些物质，但整体上说地球在这段时期内是在不断获得物质的。而这样长期的狂轰滥炸和物质输入，也最终改变了整个地球的化学组成情况。
在大约45亿年前的早期太阳系，到处游荡着大量的原行星体以及其他小型天体，它们相互碰撞结合，最终形成地球这样的行星。
卜杰巴研究小组借助实验方法和模拟手段，对他们的这一理论进行验证。他们通过设定球粒陨石熔化的不同压力条件，模拟了早期地球原始地壳形成阶段的环境情况。研究结果显示，这一理论可以解释那些最终冷却，并形成地壳的熔融物质的成分情况。研究人员表示：“地球初生地壳形成后又在撞击中丢失，再次形成后又再次丢失。在这样的反复之中，地球损失了大量的硅，从而留下了相对更多的镁，正如我们今天所见的那样。”
地壳是地球最外侧的固体圈层，是一层位于地幔外侧的薄层，而地幔再往下则是地核，即地球的核心。
如果科学家们能够取得来自地球深部的样品，那么或许他们将能够更好地了解原始地球的成分组成情况。但就目前阶段而言，我们暂时还只能依赖于一些间接证据，其中就包括陨石。
（二）研究小行星撞击地球现象的新成果
1．首次模拟巨型小行星撞击地球的后果。
2014年4月，美国媒体报道，在生命诞生的早期，地球仍然要频繁经历太空小行星撞击这种“暴力事件”。科学家日前首次模拟了一颗巨型小行星撞击对早期地球产生的影响，发现其造成的灾难是如此巨大，不但引发了大地震和海啸，还可能推动了大陆运动。
美国斯坦福大学唐纳德·罗威和诺曼·斯利普等人组成的研究小组，在《国际地学》发表论文称，本次建模，是以他们在南非巴伯顿绿岩带发现的细小球形岩石为基础的，这种岩石是那次小行星撞击事件的唯一残余。巴伯顿绿岩带位于克拉通，也就是地壳最古老和最稳定的部分；而在撞击事件发生时，这个区域是在海洋的底部，经历持续的火山活动，这些微小的岩石被抛向大气，冷却，然后又掉落回海底，最终被困在火山活动产生的裂缝里，等到了人们的发现。
据报道，闯下此次大祸的小行星直径至少达37公里。此前科学家曾对造成恐龙灭绝事件的来袭小行星尺寸进行测算，但其与本事件的主角相形见绌。本次小行星尺寸要4倍于造成恐龙灭绝事件的小行星。撞击地表时，这颗小行星速度达到每小时7.2万公里，制造出的陨石坑约500公里宽。
此事件发生的时间大约是在32.6亿年前，其撞击的强度会引发10.8级的大地震。研究人员推测，这是30亿至40亿年前发生的，最后几个对地球有重大影响的事件之一。但由于侵蚀和地壳运动，大多数这些事件的证据已经消失。
研究人员认为，这次事件可能推动了板块的运动，它创造了我们现在看到的地球上的大洲。在太阳系中，水星、金星、地球、火星以及所有的岩石行星都具有相似的内部结构，但只有地球的地壳显示有板块运动的迹象，其中一个可能的原因是地球的地幔对流运动。但破坏了地壳的又是什么呢？研究人员认为，这种规模的小行星的撞击就能做到。
罗威表示，通过这项研究，人类试图去了解塑造我们这个星球的力量，正是这种力量推动了地球早期演化与生命进化的环境。
2．发现小行星撞击地球的新证据。
2016年5月17日，澳大利亚国立大学发布新闻公报称，该校地球学院安德鲁·格利克松博士领导的研究小组，近日在荷兰科学期刊《前寒武纪研究》上发表研究成果称，他们在西澳大利亚州发现证据，证明曾有一颗小行星在地球生命早期撞击了地球。
格利克松博士说，研究小组在澳西北部马布尔巴进行地质钻探时，在钻芯里发现了一些微球粒。研究人员推测，这些微球粒，可能是小行星强烈撞击地球后，喷射到空中的熔岩尘埃，它们冷却后变硬又落到地表，最终在地球岩层中形成很薄但分布广泛的微球粒层。
据介绍，这些微球粒是在34.6亿年前形成的海底沉积物中找到的。后经检测证实，其中铂、镍和铬的含量都与小行星的构成元素相匹配。研究人员推断，当时撞击地球的这颗小行星直径可能达20至30公里，撞击的具体位置还需要进一步探索。
格利克松说，目前人们只发现了17次25亿年前的小行星撞地情况，但估计类似撞击可能有数百次。在38亿到39亿年前，月球遭受过大量小行星撞击，在月表留下众多陨石坑。他接着说：“如此规模的小行星撞击，会导致重大的结构性变化和广泛的岩浆流，对地球的演进产生重大影响。”
（三）研究其他天体撞击地球现象的新成果
超级计算机模拟表明水星不会撞击地球。
2015年9月20日，美国夏威夷大学马诺阿分校，物理学家理查德·吉伯领导的研究小组，在《天体物理学》杂志上发表研究成果称，他们对太阳系未来进行的最新模拟显示，水星猛烈撞击地球的大灾难，几乎是不可能发生的。
尽管如此，但并不是每个人都赞同地球是安全的。有关专家说，想要预测人类所处太阳系的未来是非常困难的，因为没有人知道太阳系中每一颗行星目前的准确位置。经过数百万年，一颗行星的位置即便出现1厘米的差异也会改变其未来位置，而经其引力牵引的其他行星的位置则会改变数百万公里。
例如，以往有模拟研究显示，在某些情况下，已经拥有一个相当椭圆轨道的水星，会被木星的引力所牵引，从而使这颗小行星与金星的轨道相交叉。随后，水星将撞击地球——或者通过自身引力，推撞其他内行星的轨道，从而使火星或金星与地球相撞。
由于行星间引力的相互影响，计算50亿年间它们的位置变化，是一项非常令人头疼的工作。但吉伯却有了一个难得的机会：他供事的学校正在测试刚刚购买的一台克雷超级计算机。吉伯表示：“没有人会再次拥有6周连续使用这台超级计算机的机会了。”
于是，吉伯利用6周的计算机时间，对太阳系的未来进行了1600次模拟。而每一次模拟都存在区别，这是因为水星的位置从一开始便有略微的调整。
吉伯最终向人们报告了一个好消息：没有任何模拟结果显示，任何行星会撞击地球。吉伯指出，至少在接下来的50亿年中，地球的轨道都会高度稳定，而另一颗行星撞击地球的概率可谓微乎其微。
然而，法国巴黎天文台的天文学家雅克·拉斯卡尔却对这项新研究的结论并不满意。2009年，拉斯卡尔与一名同事进行了2501次计算机模拟研究，进而发现存在一颗行星撞击地球的可能性，证明了人类的世界很容易在巨大的撞击中毁灭。
拉斯卡尔认为，吉伯并没有进行足够的模拟以发现这样的小概率事件。“这就像有个人在湖边，他钓了2个小时的鱼，然后他说：‘我没有钓到一条鱼，所以这湖里没有鱼。’”吉伯则反驳说，自己的模拟尽管要少一些，但却更好地追踪了水星快速运行时的轨迹，此时这颗行星恰好处于使其更加贴近太阳的一条拉长的轨道上。
但是，科学家们都同意这样一个观点，即水星可能面临着麻烦。与拉斯卡尔一样，吉伯也发现，在他的模拟中大约有1%的可能性，水星最终会获得一条高度椭圆的轨道。在这种情况下，水星会撞向太阳。而在其他7种情况下，它会撞向金星，而这对地球不会产生任何不良影响。吉伯表示：“如果我们能够在地球上观测到这一过程，那将是相当壮观的。”
水星是太阳系八大行星最内侧的一颗，也是最小的，并且有着八大行星中最大的轨道偏心率。它每87.968个地球日绕行太阳一周，而每公转2.01周同时也自转3圈。水星有着太阳系行星中最小的轨道倾角。水星是太阳系内与地球相似的4颗类地行星之一，有着与地球一样的岩石个体。
四、研究地外生命与地球寿命的新进展
（一）创建搜索地球以外星球生命迹象的模型
寻找外星生命模型显示地球在宇宙中真的很孤独。
2016年3月，瑞典和美国科学家组成的一个国际研究团队，在《天体物理学》杂志上发表论文称，他们设计出一个已知宇宙的计算机模型，来评估系外行星的数量及其存在生命的可能。结果发现，目前众多系外行星中没有一颗与地球相似，地球或许比人们此前认为的更为独特。
论文中，该研究团队介绍了他们创建这一模型的过程及其发现。研究人员称，他们首先根据目前人类所知的早期宇宙，打造出一个计算机模型。再将开普勒等太空探测器传回的数据输入其中，然后观察这一模型在既有物理法则下的运行情况，看其如何在138亿年的时间中进行演化。
研究人员在这个宇宙模型中进行了一次虚拟的“人口普查”，结果发现138亿年的时间里，这个宇宙中共“产生”了大约7×1020颗系外行星。但让他们惊讶的是，其中绝大多数行星的年龄都比地球“老”得多。该模型还表明，大多数系外行星都存在于比银河系更大的星系当中，并且其轨道恒星与太阳区别极大。研究人员认为，地球之所以如此独特，要归功于它相对较小的年龄和在银河系中特殊的位置。
迄今为止，空间科学家已经确认了约2000颗系外行星，如果新模型准确的话，相对于总数，这显然只是很小的一部分。
研究人员承认，对模型所采用的数据，他们还未完全理解，而且很多数据还存在不确定性。因此，目前还无法确定这个模型的准确度到底有多高。
数十年来，科学家们一直在致力于探索外星生命的线索，但至今仍然未见任何可靠证据。不少人认为，之所以还没有发现外星生命，是由于他们距离地球太远或科技远胜我们且不愿让我们发现。而不久前，澳大利亚科学家的一项研究提出了另一种更简单的说法，即人类的努力之所以未见任何成果，是因为外星生命的存在已是过去式，如今他们可能早已灭绝。新研究在某种程度上支持了这一假设。
（二）探索地球各组成部分年龄与地球寿命的新进展
1．计算显示地心部分比地壳部分小两岁半。
2016年5月，外国媒体报道，丹麦奥胡斯大学乌力克·乌格尔易领导的研究小组发表研究报告称，人们脚下的地球深处藏着一个令人吃惊的秘密：通过相对论描述的引力效应，他们计算得出地心比地表年轻两岁半。
根据爱因斯坦的相对论，人们在引力场中的位置，改变其所经历的时间流逝的速率。这一观点已经过严格检测，并对GPS卫星具有影响。但是，这里所涉及的时间差异，不是一分一秒，也不是几天。
研究小组对物理学家理查德·费曼20世纪60年代的观点，进行重新分析后意识到，这种引力效应，对于地球产生了更大的影响。费曼曾在一系列讲座中认为，地心和地表的年龄差距不过一两天，这一说法经常被包括乌格尔易在内的很多物理学家重复及引用。
但是，当乌格尔易近日决定在研究生教科书中加入这一轶事时，他开始坐下来对相关数据进行研究。相关计算，包括弄清楚地心和地表之间潜在的引力差异。
把这一差异代入相对论公式后，产生的时间膨胀因子在3×10-10左右，即每秒地心经过的时间比地表慢这样长的时间。但是由于地球已经存在了40亿年左右，时间膨胀的累积效应加起来会达到1.5年的差异。
这些算式的前提假设，是地球密度统一，但事实上并非如此，地心的密度比地幔更大。利用更加真实的地球密度模型，该研究小组研究两者时差在2.5年左右。
乌格尔易说：“当然，我们不可能通过实验确定这一数据。”但是，广义相对论目前为止已经经历了所有考验，因此这样的计算结果很可能是正确的。因此，这一理论在宇宙中普遍适应，同样的计算方式适用于任何质量的天体。该研究小组计算得出，太阳的中心比其表面大约年轻4万年。
2．用类似太阳的近邻恒星预测地球寿命。
2016年12月，比利时鲁汶大学天文学教授利恩·迪森领导的研究团队，在《天文学和天体物理学》期刊发表论文称，从观察类似太阳的近邻恒星推测，地球将可能在50亿年内被太阳烤焦，届时太阳的体积将膨胀至现今的100倍，吞噬水星和金星。之后20亿年，太阳将变成白矮星而消亡。
为了预测地球的寿命，该研究团队决定求助于208光年外的银河系邻居L2船尾座恒星，它是一颗已进化了100亿年的恒星。研究人员发现，约50亿年前，这颗恒星与目前的太阳非常类似，但是现在它已经变成了红巨星：一颗处于恒星进化最后阶段的垂死星球。在其进化过程中，它失去了1/3的质量。
研究人员探测到，有一个天体正围绕着L2船尾座恒星旋转，两者相距3亿公里，为地球和太阳距离的两倍。迪森说：“有关L2船尾座恒星及其行星的进一步研究，将有助于揭晓太阳的最终演变，以及该演变对太阳系行星的影响。”
另外，有关专家指出，虽然太阳演变成红巨星的过程将改变整个太阳系，但目前研究人员并不确定这对地球将会带来什么影响。
