半个多世纪以来，我们一直知道地球已经有 45 亿年的历史，但对于加州大学戴维斯分校的地质学家殷庆柱这样的人来说，这个数字还不够精确——他们需要确定“5”后面的那个数字是多少。殷庆柱花了过去十五年时间试图弄清楚我们的太阳系究竟是如何形成的——一个巨大的、混乱的尘埃和气体盘，如何在数千万年的时间里，变成了围绕一颗中心恒星有序运行的八颗行星。
科学家们提出了几种不同的说法：一种说法认为，地球诞生于一场极其猛烈的陨石碰撞时期，以至于整个星球最初是一个球形的岩浆海洋。另一种说法则认为，这个过程更为漫长——地球是一个岩石组成的小行星，大约每千万年，就会有一个火星大小的天体撞击并融合到它上面，直到最终所有火星大小的天体要么相撞，要么——就像火星本身一样——进入了它自己的轨道。但为了弄清楚哪种说法是正确的，他们需要精确到千万年的尺度，来了解这场超暴力行星碰撞时期持续了多久；换句话说，他们需要将地球的历史解析到小数点后一位。
地球确切年龄的秘密在于地球上最古老的岩石。科学家可以通过测量岩石中铀-238 和铅-206 这两种同位素的含量来估算这些岩石的近似年龄。由于铀-238 以可预测的速率衰变为铅-206，这两种同位素的比例可以告诉科学家岩石存在了多久。但有一个问题：为了弄清楚这个比例究竟告诉了我们什么，科学家必须确切地知道起始时每种同位素的含量。而为了弄清楚这一点，他们必须知道地球表面岩石、地幔以及——这是棘手的部分——完全无法触及、无法复制的核心中，分别含有多少铀-238 和铅-206。
曾经，地球内核的成分是一个已解决的谜团。在 20 世纪三四十年代，地球内核的成分曾是一个已解决的谜团：地震学家利用地震波穿过地球的数据，确定地球中心是由固态金属构成，外面包裹着厚厚的半液态外核。与此同时，地质学家利用陨石作为地球整体成分的替代品，并确定地球的外层缺少大量的铁和镍。显而易见的结论是，地球的内核是由铁和镍组成的。
如果这个结论成立，研究人员就可以根据铁和镍的性质推断出铁核中铅和铀的含量。但到了 20 世纪 50 年代，对地球引力的测量显示，地球中心没有足够大的密度来仅仅由铁和镍构成。
“我们知道需要一些更轻的元素来解释密度不足，”殷庆柱说。科学家们很快就列出了一份可能的候选元素名单，因为这些元素在太阳系中相对来说比较丰富。“所以这排除了锂、铍和硼这样的元素，”殷庆柱说，“剩下氧、硅、镁、硫、碳、磷、氮。”
然而，将这个短名单进一步缩小并不容易：内核的偏远位置以及极端的高温和高压，使得进行有用的观测或实验来弄清楚哪些元素会保留在内核，哪些会挤压到地幔几乎成为不可能。
“所以这就让计算机模拟变得很有用，”殷庆柱说。直到最近，计算机的计算能力还不足以运行那种在原子层面模拟内核所需的复杂计算。但现在，“计算能力已经达到了我们可以做一些合理事情的程度。”
殷庆柱和他在中国科学院的同事在一台 500 核的超级计算机上进行了三个月的实验，以确定内核中包含哪些元素以及它们的含量。他们特别关注测量碳的含量，因为碳在内核中的存在与较低的铅含量有关。殷庆柱发现的碳越多，内核中的铅可能就越少，而铅越少，地球的年龄就越老。
到目前为止，该团队的结果表明，碳在内核中的含量仅占很小的比例——按重量计算不到 1%。相对于地球的其余部分，这仍然是大量的碳——它比整个地球其余部分的碳总和还要多——但它只是内核中较轻元素的一小部分。
到目前为止，这些结果支持了关于地球形成故事的简短版本——即地球在太阳系诞生后最早 3000 万年就形成了固态地球，并且在接下来的 1 亿年里，地球是断断续续地，一次大的撞击就增长了一点。
通过使用越来越强大的超级计算机，殷庆柱、他的同事和其他地质学家正在逐步掌握如何填补“5”后面的空白。
