大約27億年前，在今天的南非普里斯卡附近的奧姆德拉艾斯夫雷農場，一場短暫的暴雨降落在最近火山爆發的火山灰層上。雨滴形成了微小的隕石坑，被更多的火山灰掩埋，經過漫長的歲月，火山灰硬化成岩石。在更接近現代的時候，其他的暴雨侵蝕了岩石，暴露了太古代雨滴的化石記錄。研究人員現在正在研究這些化石雨滴，以更多地瞭解早期地球的大氣層。
透過使用雷射掃描隕石坑——並將凹痕與今天形成的凹痕進行比較——美國宇航局艾姆斯研究中心的天體生物學家桑喬伊·索姆和他的同事們推匯出了早期大氣層施加的壓力的測量值。科學家們在3月28日線上發表在《自然》雜誌上的報告中指出，遠古時期的大氣可能比現在的大氣密度要小。
該決定的關鍵是雨滴的大小。早在1851年，先驅地質學家查爾斯·萊爾就提出，測量化石雨滴的凹痕可能會揭示關於古代大氣層的細節。大氣層拖拽著每一滴雨滴，根據其大小限制其下降速度。如果能夠確定古代雨滴的大小，就可以確定大氣層可能有多厚。為了弄清楚古代液滴的大小，索姆和他的同事們發揮了創造力。他們收集了2010年冰島埃亞菲亞德拉冰蓋火山爆發以及夏威夷的火山灰，並從27米的高度釋放了各種大小的液滴。然後，他們使用髮膠和低粘度液體聚氨酯塑膠將這些現代隕石坑變成“岩石”。透過比較古代和新的隕石坑，他們得出結論，古代液滴的大小範圍為3.8至5.3毫米。
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將這些數字代入雨滴大小、速度和大氣密度之間的數學關係表明，早期地球的大氣壓力可能與現在的大氣壓力相同或只有現在的一半。
這一發現揭示了另一個早期地球之謎，即所謂的“暗淡太陽悖論”：數十億年前，太陽輻射較少，因此地球受到的熱量也較少，但化石記錄表明，當時的氣候是溫暖的。但是，如果大氣層不比現在稠密，它是如何保持如此多的熱量的呢？最簡單的解釋是，地球擁有富含溫室氣體的大氣層，能夠捕獲大量分子熱量。這些氣體可能起源於火山和微生物生命。“天空可能因這些氣體而變得朦朧，”索姆說。
與這種情況相符的是，3月18日線上發表在《自然·地球科學》上的研究表明，早期大氣層經歷了“碳氫化合物霧霾”時期，其中包括甲烷等強效溫室氣體。這種霧霾——今天可能正在重新形成——有助於捕獲年輕太陽的熱量，使微生物的生活變得舒適——也可能為其他行星上的生命提供訊號。�
本文以“遠古降水”為題發表在印刷版上。