□ 嚴(yán)小平 編譯
1994年7月,科學(xué)家們親眼目睹了一顆行星與另一個(gè)天體之間最劇烈的碰撞。木星連續(xù)6天遭到一顆名叫蘇梅克·利維9號的彗星接連不斷地轟炸,一顆接一顆,總共20幾顆彗星碎片,以每秒60千米左右的速度瘋狂地砸入木星稠密的大氣層。這場狂轟濫炸產(chǎn)生了大量的火球,在地球上用望遠(yuǎn)鏡很容易看到。
這些巨大的沖擊令行星科學(xué)家們興奮不已,也震驚了全世界。然而,這也是一種暗示:太陽系可能是一個(gè)極其危險(xiǎn)的地方。在過去的歲月中,地球也一直不斷遭受來自太空的巨大物體的撞擊??茖W(xué)家們認(rèn)為,大約6500萬年前,一顆巨大的彗星或小行星對地球的猛烈碰撞,可能導(dǎo)致了恐龍的滅絕。而1908年,西伯利亞中部通古斯河附近2000多平方千米森林,被一顆直徑約100米的隕石夷為平地。
彗星撞擊后在木星表面留下的黑斑
天文學(xué)家們相信,撞入木星的蘇梅克-利維9號彗星來自柯伊伯帶。1993年3月,美國天文學(xué)家尤金·蘇梅克、卡洛琳·蘇梅克和戴衛(wèi)·利維,在加利福尼亞州帕洛馬天文臺發(fā)現(xiàn)了顆彗星。天文學(xué)家們通過比較不同夜晚呈現(xiàn)的天空區(qū)域圖像,來尋找新的彗星。如果他們注意到恒星背景上,一個(gè)微小而模糊的目標(biāo)改變了位置,就會(huì)辨認(rèn)出那是一顆彗星或一顆小行星。目標(biāo)的運(yùn)行速度會(huì)透露,它是彗星還是小行星,因?yàn)殄缧潜刃⌒行强臁?/p>
對一部分夜空的攝影圖像研究之后,利維和蘇梅克注意到,似乎有一顆“被壓扁的彗星”。進(jìn)一步的觀察證實(shí),這個(gè)目標(biāo)的確是一顆彗星,由于它破成了碎片,看上去好像被壓扁了一樣。這顆彗星的碎片一顆接一顆地猛沖過太空,像珍珠一樣排成一串。
通過研究利維9號彗星的路徑,天文學(xué)家們斷定,這顆彗星在圍繞木星運(yùn)行,并且已經(jīng)繞這顆巨大的行星運(yùn)行了60到100年。但是,是什么把它擊成了碎片呢?物理學(xué)家和行星科學(xué)家推斷,1992年7月,當(dāng)這顆彗星經(jīng)過木星附近時(shí),這顆行星的巨大引力扯散了這個(gè)冰凍的彗核。進(jìn)一步的計(jì)算顯示,這顆彗星的碎片在1994年7月會(huì)撞到木星的另一面。這場碰撞極其壯觀,最大的彗星碎片的直徑可能超過3千米,在這場獨(dú)特的驚人的表演中,巨大的大氣被擾動(dòng),猶如一條條巨大的火龍,有的綿延數(shù)千千米。
彗星來襲
由于所有的撞擊都發(fā)生在木星的背面,撞擊過程在地球上清晰可見,不用望遠(yuǎn)鏡——甚至連哈勃空間望遠(yuǎn)鏡也不用,也能看見它們的碰撞。只有伽利略號宇宙飛船,在1995年12月與木星會(huì)晤的途中,才能直接拍攝到一些彗星撞擊的畫面。每次撞擊發(fā)生后大約30分鐘,地球上的觀察者就可以看見撞擊的遺址,因?yàn)槟拘堑目焖傩D(zhuǎn)(每10個(gè)小時(shí)旋轉(zhuǎn)一周)把它們帶入人們的視野。在最大的爆炸的頂部,可見幾束熾烈的氣體煙云,因?yàn)樽矒魰r(shí),它們升到了這顆行星的邊緣。
木星主要由氣體構(gòu)成,因此這些撞擊并沒有導(dǎo)致長期的毀損。唯一值得注意的影響是大氣層里持續(xù)了幾個(gè)月的一些黑斑。
科學(xué)家們認(rèn)為,過去在地球上發(fā)生的事將來有可能會(huì)再度發(fā)生,這只是個(gè)時(shí)間問題。事實(shí)上,天文學(xué)家們最近認(rèn)為,他們已發(fā)現(xiàn),一個(gè)多世紀(jì)以前,一顆巨大的彗星可能曾對地球造成過一次威脅。1992年,一個(gè)天文學(xué)家國際組織說,這顆名為斯威夫特-塔托的彗星在2126年8月將靠近地球??茖W(xué)家們預(yù)計(jì),碰撞的幾率為萬分之一。所幸進(jìn)一步的計(jì)算顯示,終究沒有撞擊的危險(xiǎn)。但空間還有許多其他天體在地球軌道之外運(yùn)行。在下一個(gè)100年,有可能——不一定,但可能,地球會(huì)撞擊到天文學(xué)家們尚未發(fā)現(xiàn)的某個(gè)巨大天體。
這樣的威脅似乎太遙遠(yuǎn),沒有哪個(gè)科學(xué)家對此表示擔(dān)憂,直到木星遭遇這場襲擊,他們才向一些政府領(lǐng)導(dǎo)人提出建議:也許應(yīng)當(dāng)更認(rèn)真地對待這種來自空間的災(zāi)難性襲擊。1994年7月20日,是蘇梅克·利維9號彗星的第一塊碎片撞上木星的日子,美國眾議院科學(xué)委員會(huì)指示美國航宇局,開始跟蹤任何將來可能撞擊地球的彗星、小行星,或者小行星碎片——隕石。美國航宇局官員還任命了一個(gè)六人小組,研究開發(fā)預(yù)警系統(tǒng)的可能性,以便對天體碰撞地球的路線提出預(yù)警。與此同時(shí),一些科學(xué)家開始討論,如何以最佳手段將這樣的天體摧毀,或使其偏離原來的軌道而進(jìn)入一個(gè)安全軌道。
雖然就撞擊地球的可能性而言,小行星和巨大的隕石,同彗星有著同樣的幾率,但彗星撞擊所造成的毀損,較之同樣大小的多巖物體更大,因?yàn)殄缧峭ǔ_\(yùn)行的速度更快。但彗星的光臨至少會(huì)給我們清楚的預(yù)警。甚至肉眼也能看見,數(shù)百萬千米之外,一顆巨大的彗星,在夜空中拖著發(fā)光的霧狀的彗尾。天文學(xué)家們借助望遠(yuǎn)鏡,可以提前至少一年預(yù)知一顆彗星的碰撞。
撞擊坑
撞擊瞬間
要是我們地球成為利維9號彗星攻擊的目標(biāo),后果則會(huì)完全不同。雖然地球也會(huì)從這種轟炸中幸存下來,但科學(xué)家們認(rèn)為,這些撞擊卻會(huì)導(dǎo)致廣泛的毀壞,并且極大地破壞這顆行星復(fù)雜的生物網(wǎng)。
由彗星撞擊地球(每秒鐘大約50千米的標(biāo)準(zhǔn)速度)所造成的破壞程度,依這顆彗星的大小而定。一顆直徑10千米左右彗星的撞擊將造成真正的災(zāi)難,它相當(dāng)于10億顆百萬噸級的氫彈同時(shí)爆炸。除了這種撞擊的直接影響之外,數(shù)萬億噸成粉狀的碎片將被拋入大氣層,太陽將被遮蔽數(shù)月之久。地球上的許多植物都會(huì)死亡,而植物是人類和動(dòng)物賴以生存的食物之一。文明本身很可能遭到破壞,無論人類有多少幸存者——如果有的話——都將陷入漫長的黑暗時(shí)代。
許多科學(xué)家相信,發(fā)生在6500萬年前的碰撞,正是這樣的量級,那時(shí),最后的恐龍和許多其他動(dòng)物物種從地球上永遠(yuǎn)地消失了。地質(zhì)學(xué)家們認(rèn)為,他們可能已經(jīng)辨認(rèn)出墨西哥尤卡坦半島沿海的大災(zāi)變所造成的古老的隕石坑。
所幸這樣的碰撞極為罕見。地球上隕石坑的地質(zhì)學(xué)記錄顯示,一個(gè)10千米大的物體撞擊到地球,平均每100萬年僅有可能一次。
地球遭遇更小天體的撞擊更加頻繁,只因?yàn)樘栂抵行√祗w比大天體多得多。過去數(shù)百萬年內(nèi)留下的保存最完好的撞擊坑——亞利桑那隕石坑,就是一個(gè)比較小的天體撞擊后留下的。大約5萬年前,一顆直徑約30米的鐵隕石砸入亞利桑那州沙漠,形成了這個(gè)跨度1,200多米,深175米的撞擊坑。盡管這顆隕石的體積非常小,但它的撞擊所產(chǎn)生的爆炸力卻相當(dāng)于2,000萬噸TNT炸藥。炸出如此大的撞擊坑,其爆炸力比得上1908年通古斯地區(qū)的那次爆炸??茖W(xué)家們估計(jì),這樣大的彗星或隕石撞擊,平均每200年到300年發(fā)生一次。地球上沒有更多撞擊坑的一個(gè)原因是,許多天體在大氣中迅速崩潰,就像發(fā)生在西伯利亞的碰撞那樣。只有非常大或非常堅(jiān)硬的天體才能走完全程到達(dá)地面。而且,差不多可以肯定,大多數(shù)撞擊發(fā)生在海洋中,因?yàn)榈厍虮砻娴?0%以上被海洋所覆蓋。陸地上的撞擊坑不多,是因?yàn)榇罅康那治g。隨著歲月的流逝,大多數(shù)撞擊坑被風(fēng)雨慢慢抹去一切痕跡。
月球?yàn)榈厍颉鞍ぷ病?/p>
彗星撞擊地球后有可能引起大規(guī)模的海嘯
雖然與通古斯那次爆炸大小相當(dāng)?shù)谋?,在一個(gè)有人居住的地區(qū)會(huì)是一種災(zāi)難,但對一個(gè)較小的地區(qū)來說,其破壞還是有限的。許多科學(xué)家和政府領(lǐng)導(dǎo)人,更加關(guān)心直徑1千米以上的天體碰撞的可能性。這樣大的天體,平均每100萬年至少撞擊地球一次。一顆這樣大的彗星,以每秒50千米的速度運(yùn)行,撞擊地球的動(dòng)能相當(dāng)于100萬顆百萬噸級的氫彈,或萬億噸TNT。專家們認(rèn)為,由這樣的碰撞造成的破壞和生命喪失,超過人類經(jīng)歷過的任何一次事件。
穿過地球大氣層的閃光約兩秒鐘,這顆彗星就會(huì)以驚人的力量砸入地面,并爆炸成一個(gè)巨大的火球。爆炸的沖擊波會(huì)將100千米半徑范圍內(nèi)的幾乎一切東西夷為平地。在這個(gè)地區(qū)之內(nèi),火球的高溫會(huì)將瓦礫化為灰燼,將石頭和金屬融化為不成形的斑點(diǎn)。在整個(gè)破壞圈以外,沖擊波造成的破壞和高溫都非常劇烈,直到1,000千米以外才逐漸減緩。
這種碰撞會(huì)形成一個(gè)撞擊坑,至少20千米寬,幾千米深。撞擊力會(huì)留下長長的熔融物,引發(fā)森林火災(zāi),并將大量塵埃和蒸發(fā)的巖石噴入大氣層。塵埃和氣體會(huì)在地球上擴(kuò)散,并遮蔽太陽。
大氣層變暗可能不及一次真正巨大的撞擊所造成的結(jié)果那樣嚴(yán)重——如像6,500萬年前發(fā)生的那次撞擊——但仍然是非常值得注意的。1千米大小的彗星撞擊造成的大氣影響,可能導(dǎo)致大面積作物欠收和饑荒。所以,即使我們對這樣的碰撞有充分的警惕,撤出可能受災(zāi)的地區(qū),這些次生效應(yīng)仍可能奪去大量的生命。
但是,彗星更有可能撞入海洋,那會(huì)怎樣呢?不幸的是,那也同樣是一場災(zāi)難。雖然彗星在海上的撞擊可能使城市免于被毀,但這樣的碰撞仍會(huì)造成大量的破壞。
彗星穿過大氣層以后,會(huì)在頃刻之間穿過幾千米海水,撞擊的力量被分散。但它仍以高速運(yùn)動(dòng),這顆彗星會(huì)撞入海床,然后爆炸,形成直徑10千米以上的撞擊坑,并將爆炸物噴向四面八方。大量蒸汽和蒸發(fā)的巖石,被拋上岸來。
海洋撞擊最壞的影響,也許是由此引發(fā)的海嘯。彗星突然取代大量的海水,與海床上發(fā)生的巨大爆炸一起,形成高度1,000米以上的海嘯,以每小時(shí)幾乎1,000千米的速度向外洶涌。許多低洼的沿海城市將被淹沒于水中。
一顆小行星撞上地球
藝術(shù)家筆下的小行星撞地球
因?yàn)榕c彗星的碰撞會(huì)帶來如此嚴(yán)重的后果,所以專家們認(rèn)為,需要認(rèn)真考慮如何避免這樣的災(zāi)難。一些天文學(xué)家提出了望遠(yuǎn)鏡網(wǎng)絡(luò)建設(shè),專門搜索太陽系所有近地天體,它們的路徑與地球軌道交叉,直徑大于1千米,會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模的破壞。這樣一套系統(tǒng)很可能使科學(xué)家們能夠鑒定所有這些威脅。
人們希望美國航宇局,開發(fā)一個(gè)類似太空衛(wèi)士的系統(tǒng)。而美國航宇局早有一個(gè) “太空監(jiān)視”計(jì)劃,在亞利桑那州圖森市附近的基特峰國家天文臺,用一臺望遠(yuǎn)鏡觀察小行星。太空監(jiān)視計(jì)劃一年發(fā)現(xiàn)約30顆新的小行星,大小從直徑6米到6千米不等。同時(shí)一個(gè)類似的計(jì)劃也正在帕洛馬山實(shí)施。
1995年,美國航宇局和空軍還投資開發(fā)改進(jìn)的電子探測器,被稱為電荷耦合器(CCD),以增加望遠(yuǎn)鏡的聚光能力。更靈敏的CCD給小型望遠(yuǎn)鏡的分辨能力大大提高,這樣就能夠使用許多現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡來搜索小行星。天文學(xué)家們一旦認(rèn)定一顆小行星,他們就可以在星圖上標(biāo)出它的軌跡,并預(yù)測它未來的運(yùn)動(dòng)。
這樣,就可能發(fā)現(xiàn)并記錄每顆有潛在危險(xiǎn)的小行星、大流星和已知的彗星。但一顆繞太陽初航的新的短周期彗星,會(huì)形成一種不可預(yù)見的危險(xiǎn)。同樣地,一顆通過奧爾特星云從100萬年回路返回的長周期彗星,可能出奇不意地悄悄接近我們。專家們認(rèn)為,我們必須嚴(yán)密監(jiān)視這些以前未知的彗星。
不幸的是,探測彗星與地球碰撞無疑要比阻止碰撞容易。到目前為止,科學(xué)家們和工程師們已提出了幾套方案,但所有方案都有相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。
一個(gè)解決方案是,將用核武器裝備的火箭送入太空,炸毀彗星,或?qū)⑺迫胄萝壍?。這樣的任務(wù)需要極其精確的運(yùn)算。天文學(xué)家們必須絕對肯定這個(gè)天體確實(shí)要撞擊地球,此外,核爆炸可能將一直是“靠近彈”變?yōu)橹苯用?。航天工程師必須為火箭設(shè)計(jì)正確的軌道,并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間精確地引爆彈頭,以獲得預(yù)期的效果。
然而,炸毀彗星的計(jì)劃可能完全只是一個(gè)偶然的建議。如果我們只把它炸成大塊,這些大塊碎片就可能在地球的大范圍區(qū)域上空落下。計(jì)算表明,這樣的結(jié)果可能比單獨(dú)一次碰撞更糟。為了成功地完成這一使命,工程師們必須確保這顆彗星完全變成粉末。只改變這個(gè)天體的軌道也許是一種更安全的賭注。這可以通過靠近這個(gè)天體引爆彈頭的方法,影響其運(yùn)行,而不將其炸毀。
彗星越遠(yuǎn)被攔截,就越容易把它推入安全軌道。天體的路徑只需一點(diǎn)微小的改變,在整個(gè)幾百億千米距離中就會(huì)造成很大的差別,就好像步槍的槍管移動(dòng)幾毫米,要么命中遠(yuǎn)處目標(biāo)的正中心,要么完全脫靶。因此,將要碰撞地球的彗星的早期發(fā)現(xiàn),將給工程師們一個(gè)極大的優(yōu)勢,使他們有時(shí)間阻止災(zāi)難的發(fā)生。
彗星來襲
有了充分的警告,甚至有可能完全不用爆炸裝置。一些科學(xué)家建議,把航天員送上正在靠近的彗星或小行星,在上面安裝強(qiáng)大的火箭引擎,或者,甚至安裝一個(gè)巨大的“太陽帆”。后者是一個(gè)金屬板做的巨大的反射鏡,用來采集陽光的壓力,這樣一艘單桅帆船的帆就可以迎風(fēng)將這個(gè)天體慢慢送入新的軌道。但這種方案估計(jì)報(bào)警時(shí)間測量在幾年之內(nèi)。如果我們發(fā)現(xiàn)的彗星撞擊地球的時(shí)間只有幾個(gè)月,那么,核彈頭火箭可能就是唯一可行的解決方案。
恐龍的滅絕可能是小行星或彗星撞擊地球?qū)е碌?/p>
使用航天器可否改變小天體的軌道
謝天謝地,天文學(xué)家們表示,我們可能還有充足的時(shí)間來權(quán)衡我們的選擇。雖然彗星和小行星過去已數(shù)次闖入我們的地球,但最大撞擊之間的長間隔,使得下一次大碰撞可能會(huì)發(fā)生在數(shù)千年之后。盡管如此,專家們?nèi)跃嬲f,我們會(huì)盡力密切監(jiān)視天空,尤其是對那些可能更頻繁光顧的較小的天體。
亞利桑那隕石坑近景
背景鏈接
人們總是對彗星感到驚恐,人類歷史上也有很多有關(guān)人們害怕彗星的記載。因?yàn)殄缧浅33鋈艘饬系爻霈F(xiàn)在天空中,許多文化把這些天外來客看作是災(zāi)難的預(yù)兆——瘟疫或者王朝的覆滅,我們現(xiàn)在知道,它們可能帶來的,并非小小的破壞。
過去,沒人知道彗星是什么。古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為,它們是地球大氣中的氣態(tài)物體,并且許多世紀(jì)以來,沒有人能證明他的觀點(diǎn)是錯(cuò)的。然而,到16世紀(jì)晚期,丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫對幾顆彗星作了仔細(xì)的觀察后發(fā)現(xiàn),它們的運(yùn)動(dòng)顯示,它們的位置在地球大氣層之外。
一個(gè)多世紀(jì)以后,18世紀(jì)初,英國科學(xué)家愛德蒙·哈雷推斷,1682年看見的彗星,是1531年和1607年天文學(xué)家們所看見的同一顆彗星。哈雷預(yù)言,這顆彗星會(huì)在1758年再次回到天上。當(dāng)這顆彗星按預(yù)期重新出現(xiàn)的時(shí)候,就被命名為哈雷彗星。在以后的歲月里,天文學(xué)家們斷定,哈雷彗星每隔77年就會(huì)重返一次,在各種歷史記載中以及遠(yuǎn)在公元前240年的藝術(shù)作品中,可能就有這顆彗星的記載。
近代以來對彗星的觀察顯示,它們實(shí)際上是很大的骯臟的雪球。彗星主要是由水冰和各種冰凍氣體構(gòu)成的,這些氣體包括:二氧化碳、甲烷和氨,它們與多巖的材料及灰塵混合。大多數(shù)彗星的大部分都包含在一個(gè)叫做彗核的實(shí)心核里,直徑一般在1,000米到10,000米。
天文學(xué)家們認(rèn)為,大約46億年前,太陽系中在最早的物體中形成的彗星,是由一個(gè)氣體塵埃云團(tuán)產(chǎn)生的,太陽和行星也都由這同一個(gè)氣體塵埃云團(tuán)產(chǎn)生。云團(tuán)的外部壓縮在一個(gè)塞滿冰的盤子里。經(jīng)歷漫長的歲月之后,這些冰體之間的相互引力作用,使得它們大都形成各自不同的運(yùn)行軌道,最終散開,進(jìn)入一個(gè)巨大的球形區(qū)域。這個(gè)巨大的彗核庫叫做奧爾特星云,這是以荷蘭天文學(xué)家簡·奧爾特的名字命名的。天文學(xué)家們認(rèn)為,奧爾特星云擴(kuò)展到數(shù)萬億千米,離最近的恒星大約一半的距離。奧爾特星云中的天體離我們?nèi)绱酥h(yuǎn),即使用地球上最好的望遠(yuǎn)鏡也無法看到它們。
一個(gè)巨大的小行星或彗星撞擊地球
通古斯大爆炸后倒地的大片樹木
亞利桑那隕石坑
一顆臟雪球奔向地球
1950年,荷裔美籍天文學(xué)家杰勒德·柯伊伯推論,大量留下的原始彗核盤,體積更小密度更大,塞滿了巨大奧爾特星云內(nèi)部的彗核庫??乱敛O(shè)想,這個(gè)區(qū)域仍為盤狀,并且就從最外面的行星開始。這個(gè)區(qū)域被稱為柯伊伯帶,但多年以來,并沒有它實(shí)際存在的證據(jù)。然而,20世紀(jì)90年代的觀測,包括1995年哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)回的圖像,抹去了有關(guān)柯伊伯帶的大多數(shù)疑云。人們發(fā)現(xiàn),在距離太陽40~50個(gè)天文單位的位置,低傾角的軌道上滿布著大大小小的冰封物體。
天文學(xué)家們確信,許多從地球上看得見的彗星,正是柯伊伯帶和奧爾特星云中極小部分的彗星。他們認(rèn)為,那兩個(gè)區(qū)域里有幾萬億顆彗核。我們只看見了極少的運(yùn)行軌道已被改變的彗星,也許受一顆附近的恒星或另一顆彗星引力的影響,把它們送入了太陽系內(nèi)部。
當(dāng)彗星遠(yuǎn)離太陽運(yùn)行的時(shí)候,它除了彗核之外什么也沒有。但當(dāng)彗星朝太陽系內(nèi)部運(yùn)行時(shí),它就開始以我們更熟悉的面目出現(xiàn)。當(dāng)彗星靠近木星的軌道,太陽的熱量使彗核外層冰凍氣體開始蒸發(fā),產(chǎn)生一個(gè)稀薄氣體和塵埃的巨大云團(tuán),這個(gè)云團(tuán)可能厚度超過10萬千米,圍繞著彗核并阻擋著天文學(xué)家們對彗核的觀察。當(dāng)這顆彗星和太陽的距離與地球和太陽的距離差不多時(shí),太陽光與太陽風(fēng)(一種從太陽向外快速運(yùn)動(dòng)的粒子流)的壓力將氣體和塵埃從這個(gè)巨大云團(tuán)中推開。這種作用形成一條長尾,可以伸開1億千米,方向總是從太陽向外。彗星繞太陽轉(zhuǎn)圈后,開始奔向太陽系外層,彗尾縮小,很快,就只剩下彗核,直到下一次進(jìn)入太陽系內(nèi)部的旅行。
彗星的每次返回,蒸發(fā)都會(huì)使它的質(zhì)量減少1%,一顆彗星完全蒸發(fā)掉,需要花多長時(shí)間呢?這要看彗星的大小和它運(yùn)行的軌道。有些彗星,如哈雷彗星,被稱為短周期彗星;因?yàn)樗鼈儾坏?00年就會(huì)作一次返程旅行。天文學(xué)家們認(rèn)為,短周期彗星來自柯伊伯帶。而長周期彗星的軌道周期則要花數(shù)百年才能走出太陽系內(nèi)部,有的數(shù)千年甚至數(shù)百萬年也不再返回。這些彗星很可能來自奧爾特星云。大多數(shù)長周期彗星只丟失了小部分質(zhì)量,因此,它們通常比短周期彗星更大、更明亮。
通古斯大爆炸遺址
藝術(shù)家筆下的小行星撞地球