听说月球在以每年四厘米的距离离开地球,这是不是真的?

赵学浩,东亚海域史/都市传说/未解之谜/太阳系第一帅

虽说月球缓缓离开地球不假,但是“通过鹦鹉螺上的条纹,得出在 4.8 亿年前的奥陶纪,一个月只有 9 天”的说法,实际上是 47 年诞生的假说,又早在 45 年前就惨遭打脸而不能成立。

斯蒂芬·庞佩阿(Stephen M. Pompea)

这个为大家津津乐道的“科学故事”,最早出现在 1978 年 10 月。美国权威科学期刊《自然》上刊登了一篇名为《鹦鹉螺类的生长节律与地月系统的动力演化》的文章。作者是美国普林斯顿大学地质与地球物理科学系的彼得·卡恩(Peter G.K. Kahn),以及科罗拉多州立大学物理系的斯蒂芬·庞佩阿(Stephen M. Pompea)。

鹦鹉螺类的生长节律与地月系统的动力演化(Nautiloid growth rhythms and dynamical evolution of the earth-moon system)

卡恩和庞佩阿都不是生物学领域的研究者,他俩之所以进行这项研究,主要是受到了美国古生物学约翰·W.韦尔斯的研究成果的鼓舞。

早在 1962 年,美国古生物学约翰·W.韦尔斯(John W. Wells)在前人研究的基础上,通过分析珊瑚化石的生长线(Growth Lines),发现了地球自转速度随时间变化的规律。

约翰·W·韦尔斯 (John W. Wells,1907-1994)和他收集的泥盆纪的珊瑚化石

韦尔斯发现,约 4 亿年前的泥盆纪时期,地球自转速率较快,一年约为 400 天;而 1.5 亿年前的侏罗纪时期,一年仍有 380 天。

韦尔斯希望在珊瑚之外的其他物种的类群中,也发现生物的生理节律变化反映昼夜更替的信息,以支持他的理论。他认为双壳类、藤壶、腕足类与藻类的化石,也能反映地球一日的时间变化。

在韦尔斯研究的鼓舞下,许多学者乐观地开始了持续研究。其中就包括了和古生物学不太沾边的卡恩、庞佩阿。

卡恩和庞佩阿本身认为,鹦鹉螺类外壳表面的每一条“生长线”都对应一个太阳日。

卡恩和庞佩阿又根据现存的几种鹦鹉螺的腔室内壁上,平均约有 28~32 条生长线,与月球绕地球公转周期 29.53 天相近。推测远古的鹦鹉螺类(各种“角石”)的腔室内的生长线的数量,也能反应月亮绕地球公转的周期。

鹦鹉螺类壳内,有被多个横断的隔板分隔成三十余个独立的腔室,腔室内壁上也长有生长线。

他们在研究 9 个现代鹦鹉螺壳,以及跨度为 4.2 亿年的 29 个鹦鹉螺类的化石后,发现 6950 万年前的白垩纪的“扩厚角石”,其腔室内生长线为 20~24 条;3.26 亿年前(石炭纪)的“直角石”,其腔室内生长线为 14~16 条。而 4.2 亿年前奥陶纪的一种直角石(Orthoceras kinnekullense)的生长线仅有 9 条。

卡恩和庞佩阿在论文中提到的白垩纪的“扩厚角石”

由于是当时天文学上已经得出月球正在远离地球的结论。卡恩和庞佩阿两人倒推出远古时代,月球绕地公转一周的时间:

白垩纪是 22 天,石炭纪是 15 天,而奥陶纪仅仅只有 9 天。

这月球与生物息息相关的假说,以及“月球 9 天绕地一周”的惊人说法,很快迷倒了一般大众。许多美国杂志和科普材料上也纷纷开始引用此说。

然而,“四亿年前的奥陶纪月球绕地一周只有九天”的说法,确实让美国天文学家有点绷不住了:

这不但和他们计算的结果相去甚远,而且根据卡恩他们的结果来看,四十亿年前地月系形成的那会,怕不是一日之内月球好几次阴晴圆缺罢?

研究化石反映地球公转、或者月球公转变化的生物学研究者们自然一头黑线,纷纷进行质疑。

其中安德鲁斯大学生物系的沃尔特·威廉·休斯(Walter William Hughes),算是锤二人的急先锋,他和朋友一起前往大英博物馆(自然史)和伦敦地质科学博物馆,选取了其他的 43 个生长纹较为清晰的鹦鹉螺类的化石,共检查了 127 个腔室,反复进行了四次实验后,在 1980 年得出结论:

鹦鹉螺类的腔室内外的生长线数,与其说与地球公转日数与月球公转日数有关,倒不如说更和腔室自身的长度相关。

比如说,奥陶纪的一种鹦鹉螺类“震旦角石”,其腔室平均有 16.4 毫米长,每个腔室平均竟有 64.3 条生长线;而时代更晚的志留纪的一种弓角石,其腔室平均只有 2.3 毫米长,每个腔室平均仅有 5.3 条生长线。

并且,鹦鹉螺类生物的腔室也不是生下来就有的,而是在成长过程中逐渐更多的。尽管卡恩和庞佩阿声称,“单个标本的不同腔室的生长线数是恒定的”,但是休斯根据对于 31 个保存有多个相邻腔室的鹦鹉螺类化石的调查结果来看,只有 4 个保持不同腔室的生长线数恒定,而其他鹦鹉螺类动物,则是其一生中越早长出的腔室的生长线越多。

此外,卡恩和庞佩阿试图用“近岸”鹦鹉螺的腔室内的生长纹数,是太阴日的“整数的二到三倍数”,来解释某些鹦鹉螺的生长线数不符合他们结论的问题。但是其他研究者在 1981 年发现,不太受潮汐影响的“离岸”鹦鹉螺的腔室内的生长线数,反而是“近岸”鹦鹉螺的生长线的两倍。这导致了两人结果完全不能成立。

总而言之,卡恩和庞佩阿作为地质和天体物理研究者,忽视了软体动物的生长线,是受到太阳活动周期、月球潮汐、产卵事件、捕食关系、潮间带位置、生活纬度等等诸多因素所影响的。虽说选择对自己有利的数据成功上了《自然》顶刊,但看似考察精巧,但实为骇人暴论的结果,还是遭到了古生物学者们的破鼓万人捶。因此到了 1985 年,这篇文章在学界基本仅用于论文作者多凑一个参考文献。

另一位美国古生物学家、鹦鹉螺研究专家彼得·道格拉斯·沃德(Peter Douglas Ward)也吐槽说,“在自然界中,鹦鹉螺的最后两三个腔室,每个需要六个月才能长成。在它们生长的早期,可能只需要两周就能形成一个腔室。”

”生长线只是一种装饰,并不能反应时间“

此后,斯蒂芬·庞佩阿仍在继续自己的天体物理研究,他成为了一位光学仪器专家和著作等身的天文科普作家,在哈勃望远镜的维护工作上继续发光发热。而他的朋友彼得·卡恩在遭到古生物学家们的反驳后,似乎并未再继续相关工作,并且在 2018 年因意外去世。

庞佩阿仍旧珍藏着一个菊石化石制成的吊链,看到这块化石,他仍会怀念和故友一起研究的岁月。

庞佩阿的菊石吊链

至于这个模因是如何传入我国的呢?

原来,我国地质学奠基人尹赞勋和古珊瑚化石研究专家骆金锭,于《地质科学》杂志上发表了《从天文观测和生物节律论证古生物钟的可靠性》一文,介绍了约翰·韦尔斯等西方学者的发现,提出了“古生物钟”的译法。当然此时卡恩和庞佩阿的论文尚在酝酿之中。

尹赞勋的介绍也引起了我国学者和科普工作者的兴趣,北京自然博物馆的馆员韩兆宽在 1980 年左右,是根据一些最新的英美科普文,写了一篇名为《古生物钟的奥秘》的文章。他将“通过鹦鹉螺上的条纹,得出在 4.8 亿年前的奥陶纪,一个月只有 9 天”的说法介绍到了国内。

《古生物钟的奥秘》相关部分,选自《自然之谜》,江苏科学技术出版社,1980 年

谁能想到与此同时,地球另一边的卡恩和庞佩阿哥俩正在遭到生物学家们轮番“拷打”呢!

经常辟谣的朋友都知道,想要把一种有趣的假说否定是多么困难。

就这样,《古生物钟的奥秘》被各种科普书籍反复不署名传抄,造成了这一说法在我国流传甚广。

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参考

1、Peter G. K. Kahn & Stephen M. Pompea,Nautiloid growth rhythms and dynamical evolution of the Earth–Moon system,Nature,275, pages 606–611 (1978)

2. W. W. Hughes and C. D. Clausen,‘Variability in the Formation and Detection of Growth Increments in Bivalve Shells’Paleobiology6, 503–511.(1980)

3.W. William Hughes,Planetary rotation and invertebrate skeletal patterns: Prospects for extant taxa,Geophysical surveys,Volume 7, pages 169–183, (1985)