六千六百万年前，地球经历了一个极其糟糕的日子。
一颗山岳般大小的天体以每秒数公里的速度从天而降，撞击到了现今墨西哥尤卡坦半岛附近的浅海区域。这次撞击释放的能量相当于一亿颗核弹爆炸，给地球的地壳留下了一个直径两百公里、深二十公里的大坑，并引发了巨大的地震、海啸和火灾。全球气温骤降，遮天蔽日的尘埃和岩石蒸汽使得太阳光难以穿透，食物链崩溃，导致超过一半的现存物种——包括恐龙——走向灭绝。从这场灾难中幸存下来的少数物种中，就包括我们哺乳动物的祖先，它们为地球生命的新纪元拉开了序幕。
直到上世纪七八十年代，物理学家沃尔特·阿尔瓦雷斯才解开了这一星球级灾难的谜团。阿尔瓦雷斯和他的同事们在全球范围内发现了距今六千六百万年的岩石层中含有一种奇特的元素层——铱的含量异常丰富。铱在地球地壳中极为稀少，但在小行星和彗星中却较为常见。他们最终将这一元素层与灭绝恐龙的那次撞击事件及其留下的巨大痕迹联系起来——一处被称为「厄运之坑」的地点，即现在被淹没的希克苏鲁伯撞击坑。但是几十年来，科学家们仍在争论一些细节问题：撞击地球的是小行星还是彗星？如果是小行星，又是哪种类型？它来自宇宙的哪个角落？铱以及其他罕见元素和全球性的物种大灭绝是否有可能源自地球内部而非撞击事件，例如由巨大的火山喷发造成的？
八月十五日发表在【科学】杂志上的一项研究现在给出了迄今为止最确凿的答案，通过极其精确地测量撞击残留物中钌同位素的比例，揭示了这一划时代事件的深层起源。研究明确显示，就像阿尔瓦雷斯层中的铱和其他稀有元素一样，这种钌并不是来自火山活动，而是来自一个明显的外太空来源。而不同同位素之间微妙的丰度差异强烈表明，造成希克苏鲁伯撞击的天体不是彗星或普通的大型太空岩石，而是一颗富含碳和有机化合物的「碳质」小行星。
亚利桑那州立大学的天体物理学家史蒂夫·德施表示：「我发现这些结果非常有说服力。」「它们与其他大量的证据相吻合。」这些证据包括对阿尔瓦雷斯层中其他同位素和矿物质的早期测量，以及对科学家从古老的沉积物和化石中完整回收的撞击碎片的研究。总体而言，德施认为现有的证据表明撞击体「很可能不是彗星」。但要达到绝对的确定性，则需要对大量的纯净彗星物质进行更详细的同位素研究（目前研究人员尚未获得这样的样本）。
该论文的非关联评论者、马里兰大学的地球化学家理查德·J·沃克说，这篇新论文的「解释并不新颖」，主要是指1998年一项基于分析铬同位素而得出类似结论的研究。「但这项研究提出了更为铁证如山的判断，即希克苏鲁伯撞击体是一颗碳质小行星。」
这类小行星相对较少见。据信它们形成于木星轨道以外的外太阳系，在地球本身形成之前就已经存在。在太阳开始发光后的几百万年内，也就是大约45亿年前，它们因为巨行星轨道间的相互作用被大量抛射到内太阳系的小行星带。科学家认为，这种从冰冷的外太阳系向内输送的有机物质，可能为新生地球提供了生命的关键化学基石，同时也为现在的海洋提供了大部分的水分。在某种意义上，恐龙的末日和哺乳动物的兴起早在数十亿年前就已经被决定，正是同一个过程帮助启动了地球上生命的诞生。
德国科隆大学的地球化学家、该研究的第一作者马里奥·费舍尔-戈德说：「这次撞击彻底改变了地球的面貌，并导致了哺乳动物生命的出现。」「这一切都源于太阳系最初形成的序列事件，以至于在四十多亿年后，你和我能够坐在这里进行对话。」
钌是一种银白色的金属，像铱和其他「铂族」元素一样，在地球表面几乎找不到。这是因为这些元素都是亲铁元素，在地球形成初期还只是一个半熔融状态的球体时，它们就吸附在地球内部的铁和其他重金属上，沉降到地球不可触及的核心。这意味着现在地壳中几乎所有的铂族元素都是在地球冷却之后，通过陨石、小行星和彗星撞击地球的方式送来的。这使得这些元素成为了地球历史上大多数撞击事件的良好指示剂。费舍尔-戈德说，对于希克苏鲁伯事件，「我们可以基本假定全球边界层中找到的所有钌都来自于撞击体本身」。
钌之所以特别有用，是因为它比其他铂族元素有更多的同位素可供分析。这些同位素与不同的天文物理生成路径相关联——例如，一些同位素通过短寿命大质量恒星的超新星爆炸迅速形成，而另一些则在中等质量恒星的缓慢燃烧核心中逐渐组装而成。研究人员可以计算出这些过程中应该产生的同位素比例，从而验证观察到的丰度变化是否与这些宇宙效应有关。
所有这些同位素都可以通过星尘的形式进入巨大的分子云中，最终在这些云坍缩形成新的恒星系统时融入其中诞生的行星、小行星和彗星之中。最重要的是，大约十五年前，科学家们发现小行星显示出一种有趣的同位素双峰特征：形成于木星轨道内的更多石质小行星具有一组同位素比例，而在更远处形成的碳质小行星则具有另一组比例。综上所述，这为利用微量撞击体同位素材料的丰度变化来确定其是否为碳质，并由此确定其大致的形成位置提供了一种方法。
「这些同位素的恒星核合成变异性有助于追踪太阳系在最初形成期间不同部分的演化。」圣地亚哥加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所的地球化学家詹姆斯·戴伊说，他是这篇论文的审稿人。「令人兴奋的是，马里奥和他的团队使用这些钌同位素作为一种指纹，来识别希克苏鲁伯撞击体的来源。」
为了进行这项研究，费舍尔-戈德和他的同事们使用了一种先进的技术——多接收电感耦合等离子体质谱法，对七种钌同位素进行了分析。他们在全球三个不同的地点取样，这些地点都有著名的恐龙灭绝层，此外还从两颗碳质陨石和五个不同时期发生的其他撞击事件的五个撞击坑中取样。另外，他们还寻找了远古岩石中的钌，这些岩石大约有35亿年的历史，含有那个遥远年代大规模撞击事件的残留物。
「通过测量所有七种钌同位素，并检查它们的比例是否符合天文物理过程的预期模式，我们可以区分并排除地球上的影响。」费舍尔-戈德说。「这就是为什么这像是一个指纹——这些比例是由诸如恒星内部的热核聚变等过程设定的，没有任何地球过程可以复制。我们进行了测量、检验，结果完全吻合……因此，对于希克苏鲁伯事件，我们的结果不仅表明它是一颗碳质小行星，也是证明这些铂族元素不是来自火山活动或其他地球来源的最后一颗钉子。」
这项工作极其艰苦，需要从大量的岩石样品中仔细分离出仅纳克量级的钌，而钌在这些岩石中的浓度仅为十亿分之几。
「对于许多样品来说，我们谈论的是从一块拳头大小、重约20到30克的材料中提取出微小的一点，这点东西可能需要用显微镜才能看到。」沃克说道。「为了达到如此高精度的同位素测量，你必须这样做。」
「这是一项艰巨的工作。」费舍尔-戈德承认道，并指出他过去十年一直在磨练这项技术。「我是德国人，通常很谦虚，但我可以说我是这个领域的世界顶尖专家——因为这项工作太繁琐，全世界只有少数几个人在做。」
所有的辛勤工作终于得到了回报。在研究的过去五亿年间发生的撞击事件中，只有希克苏鲁伯撞击显示出了典型的碳质、外太阳系来源的钌同位素混合特征；其他五个撞击事件则表现出近太阳源石质撞击体的特征。最古老的撞击事件中钌同位素的比例也表明撞击体是碳质的——这一发现与其他大量证据一致，表明在地球形成最初的十亿年左右，地球遭受了来自外太阳系物质的轰击。
大多数专家认为，这是由于太阳系形成不久后，巨行星轨道发生的一种奇怪的动力学不稳定现象所引起的，导致了大量的撞击体向太阳方向飞来。费舍尔-戈德和其他人认为，未来的工作可以包括从多种来源——包括彗星和月球撞击坑——研究钌和其他同位素，以进一步澄清地球漫长历史中的关键撞击事件，并精确确定导致恐龙灭绝的碳质小行星的具体类型。
两个明显未解决的问题是：希克苏鲁伯撞击体在被抛出外太阳系数十亿年后是如何到达地球的，以及下一次同样规模的毁灭性岩石何时会撞击地球。位于科罗拉多州博尔德市西南研究所的行星科学家比尔·博特克没有参与这项研究，他认为他和他的同事已经在2021年发表的一篇论文中通过动力学模型找到了这两个问题的答案。「我们提出了一种合理的动力学解释，说明撞击体来自主小行星带的中心到外部区域。」博特克说道。「我会说我们的工作仍然是该领域的最新成果。」
2021年的那篇论文还估计，希克苏鲁伯级别的物体撞击地球的频率大约为每2.5亿至5亿年一次——这意味着我们不太可能在短期内面临另一次灾难性的小行星撞击。
