□ 夏 寒

毀滅生命的天文事件

□ 夏 寒

小天體撞擊地球的想象圖

6500萬年前，地球上發(fā)生了一次大規(guī)模的生物滅絕事件。當(dāng)時(shí)，地球陸地上的恐龍、哺乳動(dòng)物、飛龍目動(dòng)物、鳥類、蜥蜴類、昆蟲類和大量的植物從地球上消失，海洋中的海洋蜥蜴、蛇頸龍類和許多浮游生物也遭滅頂之災(zāi)，此次滅絕的生物約占當(dāng)時(shí)生物總數(shù)的75%，甚至更多。這是地球歷史上著名的白堊紀(jì)-早第三紀(jì)生物滅絕事件。由于當(dāng)時(shí)恐龍是地球上的主宰者，因此人類通常稱這次事件為恐龍滅絕。

世界各國地質(zhì)學(xué)家、古生物學(xué)家和天文學(xué)家對(duì)這次事件做了大量研究，在特定的地質(zhì)巖石層中發(fā)現(xiàn)了銥元素含量豐富的地層。小行星含有豐富的銥元素，因此科學(xué)家認(rèn)為恐龍滅絕事件是小行星撞擊地球引起的。20世紀(jì)90年代，科學(xué)家在墨西哥灣發(fā)現(xiàn)了直徑180千米的巨大隕石坑，再結(jié)合隕石坑周圍的地質(zhì)化學(xué)研究，科學(xué)家堅(jiān)信，恐龍滅絕源于小行星撞擊地球。實(shí)際上，威脅地球生物或者其他星球生物的遠(yuǎn)不止小行星撞擊，彗星、超新星等都可能是宇宙生命的殺手。

小行星撞擊

小行星撞擊其宿主恒星系統(tǒng)內(nèi)的可居住行星，會(huì)對(duì)行星上的生命造成嚴(yán)重危害，甚至造成生物滅絕。太陽系內(nèi)，小行星撞擊地球，威脅地球生命安全，這一點(diǎn)已被人類認(rèn)識(shí)到。受到木星的引力擾動(dòng)，在火星和木星之間，太陽系演化早期形成的原行星（比如谷神星）和星子沒有能夠進(jìn)一步形成行星，成為了現(xiàn)在的小行星。太陽系內(nèi)絕大多數(shù)（約93.4%）小行星在2.06～3.27個(gè)天文單位之間的區(qū)域繞太陽運(yùn)動(dòng)，這一區(qū)域被稱為小行星主帶。還有少部分小行星成群集結(jié)在其他區(qū)域，比如在木星的軌道上存在的特洛伊小行星群。

太陽系內(nèi)的小行星數(shù)目非常巨大，個(gè)頭越大數(shù)目越少。1號(hào)小行星谷神星，直徑975千米，呈球形，屬于矮行星的范疇。天文學(xué)家根據(jù)觀測估計(jì)，直徑100千米以上的小行星有200顆，直徑1千米以上的小行星75萬顆左右，直徑100米以上的小行星有約2500萬顆。有些小行星在繞太陽公轉(zhuǎn)中會(huì)運(yùn)行到地球附近，這樣的小行星稱為“近地小行星”，它們受行星的引力擾動(dòng)，可能改變軌道，有撞擊地球的潛在危險(xiǎn)。

直徑越大的小行星數(shù)量越小，其撞擊地球的機(jī)會(huì)就越小。直徑4米的小行星，一般每年會(huì)撞擊地球一次；直徑7米的小行星，差不多每5年撞擊地球一次，破壞力相當(dāng)于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，美國投向廣島的原子彈；直徑1千米的小行星大概每百萬年撞擊地球一次；直徑5千米的小行星約每2千萬年撞擊地球一次。到2014年2月，天文學(xué)家觀測到直徑1千米以上的近地小行星876顆，其中，對(duì)地球有潛在威脅的有154顆。2013年2月15日，俄羅斯車?yán)镅刨e斯克發(fā)生的火流星事件就是阿波羅型小行星進(jìn)入地球大氣造成的，據(jù)科學(xué)家估計(jì)，這顆小行星的直徑約20米，重12000～13000噸。

美國亞利桑那州的巴林杰撞擊坑

67P/邱留莫夫－格拉西緬科彗星與地面建筑真實(shí)比例圖（作圖：馬勁）

大氣中的火流星（美術(shù)圖）

彗星C/2014 Q2 Lovejoy（攝影：蘇晨）

彗星撞擊

夜空中偶爾出現(xiàn)拖著長尾巴的天體，它就是彗星。彗星包括彗頭和彗尾兩部分，彗頭又分為彗核和彗發(fā)。彗核為固體，呈不規(guī)則形狀，大小從幾百米到幾萬米不等。彗發(fā)和彗尾的大小因距離太陽遠(yuǎn)近而變化，彗尾長度在幾千米到幾億千米不等，有時(shí)彗星有2條甚至多條彗尾。

彗星沿著一定的軌道，在太陽系內(nèi)繞太陽運(yùn)動(dòng)，彗星軌道一般是很扁的橢圓（偏心率較大）。彗星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的周期從數(shù)年到數(shù)百萬年不等，一般把周期短于200年的彗星稱為短周期彗星，把周期大于200年的彗星稱為長周期彗星。長周期彗星的軌道的偏心率更大。短周期彗星來源于海王星之外的柯伊伯帶，長周期彗星來自更加遙遠(yuǎn)的位于太陽系邊緣的奧爾特云。

截止到2014年3月，人們觀測到了5058顆彗星，隨著時(shí)間的流逝，將會(huì)觀測到越來越多的彗星。實(shí)際上，在柯伊伯帶和奧爾特云中，存在著數(shù)量龐大的可能成為彗星的天體。在其他恒星或者大行星的擾動(dòng)下，它們可能向內(nèi)太陽系運(yùn)動(dòng)，成為可見的彗星。彗星運(yùn)動(dòng)到內(nèi)太陽系時(shí)，再進(jìn)一步受到木星和地球等行星的引力擾動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌道可能發(fā)生改變，甚至與地球或者其他行星相撞。

舒梅克－列維9號(hào)彗星撞擊木星留下的痕跡

1994年，舒梅克-列維9號(hào)彗星與木星的撞擊給人留下了深刻的印象。據(jù)天文學(xué)家估計(jì)，在近地天體中，除了小行星之外，還有許多是彗星的彗核。科學(xué)家推斷，1908年發(fā)生在俄羅斯西伯利亞的通古斯爆炸事件，是彗星撞擊地球造成的。

超新星爆發(fā)

超新星實(shí)際上是恒星爆發(fā)事件，它的亮度可以超過所在星系的總亮度。從字面上便可以看出，超新星是比新星具有更大規(guī)模的恒星爆炸事件。在新星現(xiàn)象中，其亮度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)增亮9～14等，而超新星的亮度增加是新星的數(shù)百至數(shù)千倍。在可被觀測的幾周或者幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，超新星輻射的能量將相當(dāng)于太陽一生的輻射能量。此外，超新星爆發(fā)時(shí)還會(huì)拋出速度超過10000千米/秒的氣殼。因此，它是恒星所能經(jīng)歷的最大規(guī)模的災(zāi)難性爆發(fā)。

蟹狀星云，1054年超新星爆發(fā)的遺留痕跡

天文學(xué)家通過觀測研究發(fā)現(xiàn)，超新星爆發(fā)時(shí)能量釋放主要有三部分：電磁輻射能量范圍為1042～1043焦耳；拋射出恒星物質(zhì)的動(dòng)能為1043～1044焦耳；爆發(fā)時(shí)釋放的中微子能量約是前兩者之和的數(shù)百倍。超新星爆發(fā)往往造成恒星結(jié)構(gòu)的巨大變化甚至整個(gè)恒星被炸毀。根據(jù)超新星的光學(xué)觀測特征，可以將它分為I型超新星和Ⅱ型超新星兩類。其中，Ia型超新星是雙星系統(tǒng)中白矮星吸積伴星的物質(zhì)，引起內(nèi)部核聚變而引起的；Ⅱ型超新星爆發(fā)的原因是，大質(zhì)量恒星內(nèi)部鐵核聚變或者裂變而吸收能量，引起星核坍縮，導(dǎo)致恒星引力能急劇釋放，產(chǎn)生超新星爆發(fā)。

NGC4526中的Ia型超新星1994D

如果超新星距離地球足夠近，那么它將對(duì)地球生物帶來災(zāi)難性影響，當(dāng)然這也依賴于超新星釋放的能量和它的類型。超新星爆發(fā)時(shí)，它高強(qiáng)度的高能γ射線及X射線輻射，使得大氣中產(chǎn)生大量一氧化氮分子。同時(shí)，高能輻射會(huì)破壞掉臭氧層，使得地球生物暴露于強(qiáng)電磁輻射和帶電粒子的轟擊下。奧陶紀(jì)－志留紀(jì)滅絕事件導(dǎo)致了地球海洋60%的生物死亡，據(jù)科學(xué)家推測，這次災(zāi)難可能由超新星爆發(fā)引起。

科學(xué)家認(rèn)為，Ia型超新星對(duì)人類的威脅最大，因?yàn)樗煞浅０档陌装且?，之前很少被天文學(xué)家觀測到，因此這類超新星爆發(fā)不可預(yù)測。據(jù)天文學(xué)家估計(jì)，Ia型超新星與地球的距離小于3300光年時(shí)，對(duì)地球的影響將是災(zāi)難性的。而Ⅱ型超新星距離地球26光年時(shí)，將會(huì)破壞掉地球臭氧層的50%。飛馬座IK（HR8210）被認(rèn)為是對(duì)地球有潛在危害的超新星爆發(fā)候選天體，距離地球僅150光年。

伽瑪射線暴

伽瑪射線暴（簡稱γ暴）是在γ射線波段觀測到的強(qiáng)烈閃光，被認(rèn)為與極端高能天體爆炸事件有關(guān)，發(fā)生在非常遙遠(yuǎn)的星系。它被稱為僅次于宇宙大爆炸的宇宙爆炸事件，釋放能量可能相當(dāng)于整個(gè)太陽質(zhì)量轉(zhuǎn)化對(duì)應(yīng)的電磁輻射能。γ射線暴一般持續(xù)10毫秒至幾分鐘，之后往往出現(xiàn)持續(xù)很長時(shí)間的余暉，也就是在相對(duì)低頻波段可以看到逐漸衰弱的電磁輻射，包括X射線、紫外線、可見光、紅外線和射電波。

天文學(xué)家根據(jù)γ射線暴持續(xù)的時(shí)間長短，將其分為長γ暴和短γ暴。持續(xù)時(shí)間大于2秒的γ射線暴為長γ暴，約占總數(shù)的70%；持續(xù)時(shí)間小于2秒的γ射線暴為短γ暴，約占總數(shù)的30%。根據(jù)觀測研究，長γ暴可能是超大質(zhì)量恒星演化到晚期發(fā)生超新星爆發(fā)或者巨超新星爆發(fā)引起的。關(guān)于短γ暴的產(chǎn)生機(jī)制有許多不確定性，一般認(rèn)為它是由兩個(gè)中子星碰撞合并產(chǎn)生的，或者一個(gè)黑洞與一個(gè)中子星合并產(chǎn)生的。

伽瑪暴的美術(shù)概念圖

γ射線暴輻射出強(qiáng)大的能量，但是發(fā)生在非常遙遠(yuǎn)的星系，距離地球數(shù)億、數(shù)十億甚至超過百億光年，因此對(duì)地球的影響也非常小。如果γ射線暴發(fā)生在銀河系內(nèi)，且它的輻射方向指向地球的話，地球上的生命則會(huì)遭受厄運(yùn)。天文學(xué)家認(rèn)為，沃爾夫–拉葉星是γ射線暴的候選者。在銀河系內(nèi)，船底座η和人馬座中的WR104都是距離地球約8000光年的沃爾夫–拉葉星。如果它們向地球方向連續(xù)輻射γ射線約10秒鐘，那么將會(huì)毀掉25%的臭氧層。從短期看，地球朝向γ射線暴的一側(cè)會(huì)遭受致命的電磁輻射，導(dǎo)致輻射疾病；從長期看，臭氧層的破壞也會(huì)導(dǎo)致生物滅絕。

沃爾夫-拉葉星124，被科學(xué)家認(rèn)為是伽瑪暴的前身星

其他天文因素

黑洞和中子星中心區(qū)域是高能電磁輻射的發(fā)射區(qū)，這里γ射線和X射線的輻射強(qiáng)度非常大。如果一顆可居住行星距離黑洞和中子星較近，那么高能電磁輻射會(huì)對(duì)可居住行星上的生物有致命的破壞作用，導(dǎo)致生物滅絕。有些科學(xué)家認(rèn)為，可居住行星的磁場極性倒轉(zhuǎn)也是導(dǎo)致生物大規(guī)模滅絕的因素之一。但是地球歷史上磁場極性發(fā)生過數(shù)次倒轉(zhuǎn)，可見它與地球生物大規(guī)模滅絕的關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

（責(zé)任編輯 馮）