終盤の激しい砲撃

後期重爆撃期（LHB）、または月大変動は、地球の新始生代と始生代に相当する約41億年前から38億年前（Ga）に起こったとされる仮説上の天文学的出来事である^{[ 1 ]} 。この仮説によれば、この期間中に、水星、金星、地球（および月） 、火星を含む太陽系内惑星とその自然衛星に、不釣り合いに多数の小惑星と彗星が衝突した^{[ 2 ]}。これらは、集積後と惑星不安定性によって引き起こされた衝突天体の両方の集団から来たものである^{[ 3 ]}。 広く信憑性を得ているものの^{[ 4 ] 、決定的な証拠は依然として得られていない[ 5 ]}。

LHBの証拠は、アポロ計画の宇宙飛行士が持ち帰った月のクレーターの岩石サンプルから得られています。同位体年代測定により、岩石が最後に溶融したのは比較的短い期間の衝突イベント中であることが示され、この期間にクレーターの大部分が形成されたことが示唆されています。太陽系内における衝突体の流入のこの明らかな急増を説明しようとする仮説がいくつかありますが、まだ合意は得られていません。惑星科学者の間で人気のあるニースモデルは、巨大惑星が軌道移動を行い、小惑星帯、カイパーベルト、またはその両方から天体を偏心軌道に散乱させ、地球型惑星の軌道に乗せたと仮定しています。^{[ 3 ]}

他の研究者たちは、激しい衝突説に疑問を呈しており、例えば、月の衝突溶融年代の見かけ上の集中は、単一の大きな衝突によって散乱した岩石をサンプリングすることによって生じた統計的なアーティファクトであると主張している。^{[ 1 ]}さまざまな証拠は、代わりに約42億年前から35億年前まで続く、より長い期間の月の衝突があった可能性を示唆している。^{[ 6 ]}

月の大変動の主な証拠は、アポロ計画中に収集された衝突溶融岩石の放射年代測定によるものです。これらの衝突溶融物の大部分は、直径数十キロメートルの小惑星や彗星の衝突によって形成され、直径数百キロメートルの衝突クレーターができたと考えられています。アポロ15号、16号、17号の着陸地点は、それぞれインブリウム盆地、ネクタリス盆地、セレニタティス盆地に近いことから選ばれました。^{[ 7 ]}

これらの衝突溶融物の年代が約 3.8 億年前から 4.1 億年前の間に集中していることから、研究者たちはこれらの年代が月 の激しい衝突を記録していると推測した。^{[ 8 ]}彼らはそれを「月のカタクリズム」と名付け、約 3.9 億年前に月の衝突率が劇的に増加したことを示していると提案した。これらの衝突溶融物がこれら 3 つの盆地から由来するとすれば、これら 3 つの顕著な衝突盆地が短期間内に形成されただけでなく、地層学的根拠に基づくと他の多くの盆地も同様に形成されたことになる。^{[ 7 ]} 当時、この仮説は議論の的となった。 

特に月隕石からのデータが増えるにつれて、この仮説は依然として議論の余地はあるものの、より広く受け入れられるようになってきた。月隕石は月の表面をランダムにサンプリングしていると考えられており、これらのうち少なくとも一部はアポロ着陸地点から遠く離れた地域から来たはずである。長石質の月隕石の多くは月の裏側から来たと考えられており、これらの隕石内の衝突溶融物の年代が最近測定された。大災害仮説と一致して、それらの年代はいずれも約39億年前より古いものは見つかっていない 。^{[ 9 ] [ 10 ]}それにもかかわらず、年代はこの日付に「集中」しているわけではなく、25億年前から39億年前の間に広がっている 。^{[ 11 ]}

小惑星帯に由来するハワーダイト、ユークライト、ダイオジェナイト（HED）隕石およびHコンドライト隕石の年代測定により、3.4～4.1 Gaの多数の年代と、4.5 Ga の初期のピークが明らかになった。3.4～4.1 Gaの年代は、衝突速度の増加を表していると解釈されている。ハイドロコード^{[ 12 ]}を使用したコンピュータシミュレーションでは、衝突速度が現在の小惑星帯の平均5 km/sから10 km/sに増加すると、衝突溶融物の体積が100～1,000倍に増加することが示されている。10 km/sを超える衝突速度には、惑星横断軌道上の小惑星の非常に大きな傾斜角または大きな離心率が必要である。このような天体は現在の小惑星帯ではまれであるが、巨大惑星の移動による共鳴の掃引によってその数は大幅に増加するだろう。^{[ 13 ]}      

高地のクレーターの大きさの分布の研究から、同じ種類の飛翔体が後期重爆撃期に水星と月に衝突したことが示唆されている。^{[ 14 ]}水星の後期重爆撃の衰退の歴史が月の後期重爆撃の歴史にも従っているとすれば、発見された最も新しい大きな盆地であるカロリス盆地は、最も新しい月の大きな盆地であるオリエンターレ盆地とインブリウム盆地と同年代であり、平原のすべてのユニットは30億年以上前のものである。^{[ 15 ]}

大災害仮説は近年（過去50年間）特に、そのような現象の可能性のある原因を特定したダイナミクス研究者の間で人気が高まっているが、依然として議論の的となっており、議論の余地のある仮定に基づいている。批判としては、（1）衝突年代の「クラスター」は単一の盆地の噴出物をサンプリングしたことによるアーティファクトである可能性があり、（2）約4.1  Gaより古い衝突溶融岩石がないのは、そのようなサンプルがすべて粉砕されたか、年代がリセットされたためである、という2点がある。^{[ 3 ] [ 7 ]}

最初の批判は、アポロ着陸地点で採取された衝突溶融岩石の起源に関するものです。これらの衝突溶融物は、最も近い盆地から由来すると一般的に考えられてきましたが、その大部分はインブリウム盆地から由来している可能性があると主張されています。^{[ 16 ]}インブリウム衝突盆地は、月の表側中央部で発見された多重リング盆地の中で最も若く、最大のものであり、定量モデルによると、このイベントからのかなりの量の噴出物がすべてのアポロ着陸地点に存在するはずです。この代替仮説によれば、3.9 Ga付近の衝突溶融物の年代の集まりは、複数の衝突イベントではなく、単一の衝突イベントから収集された物質を反映しているにすぎません。さらに、 ⁴⁰ Ar/ ³⁹  Ar年代測定で特定された3.9 Gaの年代の急上昇は、衝突率の低下に伴う部分的な⁴⁰ Arの損失に続く、断続的な初期地殻形成によっても生成された可能性があるという批判もあります。^{[ 17 ]}

2つ目の批判は、約41億年前より古い衝突溶融岩石が存在しないという点に関するものです 。この観察結果に対する大災害を伴わない仮説の一つは、古い溶融岩石は存在していたものの、過去40億年にわたる衝突クレーター形成の継続的な影響により、放射年代がすべてリセットされたというものです。さらに、これらの推定サンプルはすべて非常に小さなサイズに粉砕され、標準的な放射年代測定法では年代測定が不可能になっている可能性もあります。^{[ 18 ]}科学者たちは、内太陽系の歴史を解明するために、月の衝突の歴史を研究し続けています。^{[ 7 ] [ 3 ]}

もし月面で本当に壊滅的なクレーター形成イベントが起こったとしたら、地球も影響を受けたはずです。月面のクレーター形成率^{[ 19 ]}をこの時期の地球に外挿すると、次の数のクレーターが形成されたと考えられます。^{[ 20 ]}

• 直径20km （12マイル）を超える衝突クレーターが22,000個以上、  
• 直径約1,000 km (620マイル)の衝突盆地が約40箇所あり、  
• 直径約5,000 km (3,100マイル)の複数の衝突盆地、  

LHB仮説が提唱される以前は、地質学者は一般的に、地球は約38億年前まで溶融状態であったと想定していた。この年代は、世界中の最も古い岩石 の多くに見られ、それより古い岩石が見つからない強い「区切り点」を表しているように見えた。これらの年代は、最も正確で環境の影響を受けにくいと考えられているジルコンのウラン・鉛年代測定法を含む、さまざまな年代測定法でほぼ一定であった。それより古い岩石が見つからなかったため、地球はこの年代まで溶融状態であったと一般的に想定され、この年代が初期の冥王代と後期の始生代の境界を定めていた。しかし、1999年に、地球上で最も古い岩石は40億3100万±00万3000年前のものと年代測定され、カナダ北西部のスレーブ・クラトンのアカスタ片麻岩の一部であることが判明した。 ^{[ 21 ]}

しかし、より古い岩石は、隕石として地球に落下する小惑星の破片の形で見つかる可能性がある。地球上の岩石と同様に、小惑星も約46億年前に明確な区切りを示しており、これは当時まだ若かった太陽の周りの原始惑星系円盤で最初の固体が形成された時期だと考えられている。したがって、冥王代は、宇宙空間でこれらの初期の岩石が形成されてから、約7億年後に地球の地殻が最終的に固化するまでの期間である。この期間には、円盤からの惑星の集積と、集積による重力ポテンシャルエネルギーが解放されるにつれて地球がゆっくりと冷却されて固体になる過程が含まれる。 

後の計算では、崩壊と冷却の速度は岩石体の大きさに依存することが示された。この速度を地球質量の物体にスケーリングすると、非常に急速な冷却が示唆され、わずか1億年しか必要としなかった。^{[ 22 ]}当時、測定値と理論の差は難問であった。

LHBはこの異常現象に対する説明となり得る。このモデルによれば、38億 年前の岩石は、LHBによって地殻の大部分が破壊された後に固化したことになる。北米大陸楯状地のアカスタ片麻岩と西オーストラリアのナリエル片麻岩地帯のジャックヒルズ部分にある片麻岩は、地球上で最も古い大陸断片であるが、LHBより後の時代のものであるように見える。地球上でこれまでに年代測定された最古の鉱物であるジャックヒルズ産の44億4000万年前のジルコンは、この出来事より前のものだが、LHB以前の地殻の断片が、はるかに若い（約38億 年前）岩石の中に含まれていた可能性が高い。

ジャックヒルズのジルコンは、冥王代の理解の進化につながった。^{[ 23 ]}以前の文献では、冥王代の地球は溶融した表面を持ち、火山が目立っていたと一般的に示されている。「冥王代」という名前自体は、ギリシャ語のハデスに由来し、当時の地球の「地獄のような」状態を指している。ジルコン年代測定は、議論の余地はあるものの、冥王代の地表は固体で温暖であり、酸性の海に覆われていたことを示唆している。この像は、最古の岩石が形成される前の時期に水ベースの化学反応が起こったことを示唆する特定の同位体比の存在から導き出されたものである（初期の冷たい地球を参照）。^{[ 24 ]}

特に興味深いのは、マンフレッド・シドロフスキーが1979年に、グリーンランドで発見されたいくつかの堆積岩の炭素同位体比は有機物の名残であると主張したことである。炭素12と炭素13の比率が異常に高く、通常は生命による「処理」の兆候である。岩石の正確な年代については多くの議論があり、シドロフスキーは約38億 年前であると示唆し、他の人々はより「控えめな」36億年前を示唆した。いずれの場合も、生命の起源 が起こるには非常に短い時間であり、シドロフスキーが正しければ、おそらく短すぎる時間である。後期重爆撃とそれが示唆する地殻の「再溶融」は、これが可能となる時間軸を提供する。生命は後期重爆撃の直後に形成されたか、あるいはより可能性が高いのは、冥王代に発生し、それを生き延びたかのいずれかである。 2002年の研究では、シドロフスキーが発見した岩石は確かに約3.85 Gaの年代範囲の古い方の端に属しており、後者の可能性が最も可能性の高い答えであることを示唆している。^{[ 25 ]} 2005年、2006年、2009年の研究では、初期の冥王代生命の主張の根拠となった同位体的に軽い炭素比の証拠は見つかっていない。^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}しかし、2008年のジャックヒルズの岩石に関する同様の研究では、同じ種類の潜在的な有機指標の痕跡が見つかっている。ミュンスター大学鉱物学研究所のトールステン・ガイスラーは、4.25 Gaのジルコン中の小さなダイヤモンドとグラファイトに閉じ込められた炭素の痕跡を研究した。^{[ 29 ]}  

2009 年 5 月にコロラド大学ボルダー校のチームが開発した 3 次元コンピューター モデルは、地球の地殻の大部分とそこに生息する微生物が隕石の衝突を生き延びた可能性があると仮定している。彼らのモデルは、地球の表面は滅菌されただろうが、地表下の熱水噴出孔が好熱性微生物の避難場所を提供することで生命を育んだ可能性があることを示唆している。^{[ 30 ]} 2014 年 4 月、科学者たちは、バーバートン グリーンストーン ベルト付近で、これまでで 最大の地球への隕​​石衝突イベントの証拠を発見したと報告した。彼らは、衝突は約 32億 6000 万年前に発生し、衝突体の直径は約37 ～ 58 キロメートル (23 ～ 36 マイル) であったと推定した。このイベントによるクレーターは、もし今も存在するならば、まだ発見されていない。^{[ 31 ]}

恒星エータコルヴィの周囲で後期重爆撃期のような状況の証拠が発見されている。^{[ 58 ]}

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