□ 夏丹

小行星和地球的故事
——一顆火流星引發(fā)的有關(guān)地球?yàn)?zāi)難的思考

□ 夏丹

▲ 小行星撞擊地球

2017年10月4日20時(shí)左右，我國(guó)云南省迪慶州發(fā)生了一起“火流星”空爆事件，引發(fā)社會(huì)廣泛關(guān)注。這一事件不僅僅引發(fā)了人們尋找隕石的熱潮，也讓大家想起了一部十幾年前曾經(jīng)很熱的美國(guó)電影《天地大沖撞》，更有人直接把這次事件定義為“小行星撞地球”。

小行星真的會(huì)撞地球嗎？撞上了以后會(huì)發(fā)生什么？讓我們來(lái)看看小行星和地球之間發(fā)生過(guò)的故事。

天火、洪水和滅世

從古巴比倫的手稿和中世紀(jì)的編年史中，我們可以找到很多有關(guān)全球毀滅性災(zāi)難的記載，大多描寫(xiě)了全球性的大洪水，肆虐整個(gè)大陸，毀滅整個(gè)文明。另外一些則是描寫(xiě)烈火從天而降的。4000多年前的吉爾伽美什史詩(shī)中記載著地獄的7名審判者舉起火炬，令大地陷入熊熊烈焰和暴風(fēng)雨中。2000多年前的盎格魯—撒克遜牧師則記載了一次令天地為之變色的天火。不過(guò)一直以來(lái)，這些記載都被看成是神對(duì)人類(lèi)惡行的懲罰，很少有科學(xué)家認(rèn)真地對(duì)它進(jìn)行研究。迷信時(shí)代遺留下來(lái)的東西，似乎只可以作為一種信仰來(lái)使用。

但是，當(dāng)科學(xué)的發(fā)展讓我們對(duì)宇宙和地球有了更多的了解和認(rèn)知后，人們開(kāi)始將這些古老的傳說(shuō)與地球漫長(zhǎng)的演化歷史聯(lián)系起來(lái)。很多歷史事件與傳說(shuō)中的描寫(xiě)一樣具有極大的毀滅性——來(lái)自宇宙的力量不只一次地影響了地球上的生命——更重要的是，以后還會(huì)這樣。

自17世紀(jì)現(xiàn)代科學(xué)開(kāi)始萌芽時(shí)起，人們就開(kāi)始嘗試證實(shí)許多關(guān)于全球?yàn)?zāi)難的傳說(shuō)的科學(xué)性。1687年，哈雷在一次倫敦皇家學(xué)會(huì)演講時(shí)首次提出，《圣經(jīng)》上記載的大洪水有可能是由于一顆彗星撞擊地球?qū)е碌?。但幾天后，顯然是由于教會(huì)的壓力，他放棄了這種觀點(diǎn)。不過(guò)這仍是人類(lèi)第一次揭示出地球在宇宙的力量面前是何等的脆弱。

此后的100年間，很多學(xué)者都試圖對(duì)這種全球性災(zāi)難進(jìn)行解釋。但直到19世紀(jì)初，法國(guó)動(dòng)物學(xué)家居維葉才似乎找到了關(guān)于大洪水的確鑿證據(jù)，他在巴黎附近的某一古代白堊地層中，發(fā)現(xiàn)海洋生物的化石被陸生生物的化石覆蓋，但在再上面的一層又突然出現(xiàn)了海洋生物的化石。1812年他發(fā)表論文，認(rèn)為化石的變化可能標(biāo)志著突如其來(lái)的災(zāi)難造成地球生命的毀滅。這可以說(shuō)是災(zāi)變論的雛型，這一理論得到了當(dāng)時(shí)很多著名科學(xué)家的支持。

▲ 圣經(jīng)中記載的滅世洪水

▲ 「亞拉拉特山山上的諾亞方舟」由畫(huà)家Simon de Myle在1570年時(shí)創(chuàng)作

恐龍滅絕的證據(jù)

雖然居維葉的災(zāi)變論得到了很多支持，但在以后的一段時(shí)間里，以英國(guó)人萊依爾為代表的漸變論卻一度占據(jù)上風(fēng)——這一理論認(rèn)為那些緩慢而持久的地質(zhì)作用才是重要的改造地球的因素。

▲ 漫畫(huà)：小行星撞擊最終致使恐龍滅絕

▲ 科學(xué)家推測(cè)，恐龍滅絕有可能是小行星撞擊導(dǎo)致的

然而不斷涌現(xiàn)出的新證據(jù)卻讓災(zāi)變論越來(lái)越清晰。20世紀(jì)30年代，近地小天體頻繁造訪(fǎng)地球。記錄表明，1936年2月7日，小行星阿多尼斯星在距地球220萬(wàn)公里的地方掠過(guò)地球。1937年10月，赫米斯星跑到了地球身旁的70萬(wàn)公里處，一夜間越過(guò)了地球大半個(gè)天空。幾十萬(wàn)公里在天文學(xué)家眼里只是咫尺之距。如果它在途中遭遇什么“意外”，搞不好會(huì)直接撞向地球。這些與地球擦肩而過(guò)的小行星，為宇宙力量引起全球?yàn)?zāi)變提供了一個(gè)有力的證據(jù)。天文學(xué)家認(rèn)為，這種小行星有可能會(huì)與地球相撞導(dǎo)致災(zāi)難性后果。直到這時(shí)，美國(guó)亞利桑那沙漠中直徑1.2公里的環(huán)形坑才首次被承認(rèn)有可能是來(lái)自太空的力量造成的。此后，又有一些科學(xué)家提出，6500年前，一顆直徑近10公里的小行星或彗星的撞擊，造成了統(tǒng)治地球長(zhǎng)達(dá)一億年之久的恐龍的滅絕。這一說(shuō)法直到1980年才找到了強(qiáng)有力的證據(jù)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)來(lái)自恐龍滅絕時(shí)期的黏土樣本中銥的含量非常高，銥是隕石中比較常見(jiàn)的成分，因此，如此高的銥含量有可能意味著一個(gè)直徑5～10公里的小行星曾經(jīng)撞過(guò)地球。這將導(dǎo)致全球性的大火，濃煙和揚(yáng)塵將遮蔽日光達(dá)數(shù)月之久，致使食物鏈被破壞。但這就是恐龍滅絕的原因嗎？科學(xué)家們還不能完全確定。1988年，科學(xué)家在世界很多地方發(fā)現(xiàn)含銥的地層上面蓋著一層煤灰，這顯然是全球性大火造成的，還有科學(xué)家找到了6500萬(wàn)年前墨西哥灣發(fā)生過(guò)大海嘯的證據(jù)。1990年，決定性的證據(jù)終于出現(xiàn)了，美國(guó)地球物理學(xué)家在墨西哥沿海發(fā)現(xiàn)了巨大的環(huán)形結(jié)構(gòu)，這個(gè)環(huán)形坑直徑達(dá)180公里，而且它的形成也是在6500萬(wàn)年前。一切的證據(jù)都證明了，6500萬(wàn)年前，一顆巨大的隕石撞擊地球，導(dǎo)致了全球性的災(zāi)難，而小行星或彗星正是導(dǎo)致這一災(zāi)難的元兇。這不禁讓我們想到，在漫長(zhǎng)的時(shí)間跨度中，就算是極其罕見(jiàn)的災(zāi)難也有可能再次發(fā)生。月球上密布的環(huán)形山說(shuō)明，在宇宙空間中這種碰撞是非常普遍的?？茖W(xué)家們目前已在地球表面找到近200個(gè)隕石撞擊的遺留痕跡，這說(shuō)明，在地球45億年的漫長(zhǎng)生命中，小天體的訪(fǎng)問(wèn)是常有的事，只不過(guò)由于地球大氣層的阻隔，再加上地殼復(fù)雜的地質(zhì)變化，能夠在地球表面留下痕跡的事件非常少。

▲ 一個(gè)巨大的小行星或彗星撞擊地球

▲ 在火星和木星之間存在著大量的小行星

撞擊發(fā)生時(shí)

從概率學(xué)的角度來(lái)看，直徑小于50米的天體經(jīng)常造訪(fǎng)地球，但大都在大氣層中碎裂，幾乎不會(huì)對(duì)人類(lèi)造成任何傷害。直徑在75米的天體大約每100年造訪(fǎng)地球一次，會(huì)在地面留下隕石坑或在空中爆炸，幾乎能毀滅一個(gè)中等城市。直徑160米的天體約每4000年造訪(fǎng)地球一次，會(huì)在地面或空中爆炸，威力足以毀滅一個(gè)大城市。直徑350米的天體約每16000年造訪(fǎng)地球一次，會(huì)留下巨大的撞擊坑并引起海嘯。直徑700米的天體大約每63000年造訪(fǎng)地球一次，會(huì)掀起大量塵埃遮蔽日光，導(dǎo)致全球四分之一人口的死亡。直徑1.7公里的天體，每25萬(wàn)年造訪(fǎng)地球一次，可能會(huì)直接擊毀一個(gè)小的國(guó)家。直徑3公里的天體每100萬(wàn)年造訪(fǎng)地球一次，它帶來(lái)的災(zāi)難是全球性的，可能會(huì)引起全球大火。直徑7公里的天體每1000萬(wàn)年造訪(fǎng)地球一次，有可能會(huì)造成某些物種的滅絕。直徑16公里的天體每1億年才會(huì)造訪(fǎng)地球一次，將會(huì)引起大量的物種滅絕，威脅所有高級(jí)生命?？梢钥闯觯酱蟮奶祗w，造訪(fǎng)地球的可能性越小，但一旦光臨，破壞力卻是呈幾何數(shù)量級(jí)上升的。但是，不管可能性有多小，如果時(shí)間足夠久，這種毀滅性的災(zāi)難就一定會(huì)發(fā)生。

如何防御

一旦小行星襲來(lái)，我們目前是否有防御方法呢，以目前的科學(xué)技術(shù)水平，科學(xué)家們提出了下面幾種方法：

首先是發(fā)射攜帶核武器的宇宙飛船在小天體附近引爆，用大爆炸的沖擊波改變其軌道。雖然核武器已經(jīng)被禁止在太空使用，但當(dāng)一顆較大的小行星撞擊地球的潛在危險(xiǎn)出現(xiàn)時(shí)，使用核武器仍為我們?nèi)祟?lèi)的優(yōu)先手段。小行星的軌道改變哪怕只是稍稍一點(diǎn)點(diǎn)，則所謂失之毫厘，差之千里，地球和人類(lèi)所面臨的巨大威脅也就可以解除了。但這種方案存在的問(wèn)題，是要對(duì)小行星的物理成份足夠了解后才可以實(shí)施，對(duì)于某些本身結(jié)構(gòu)就非常松散、密度很小的小行星，爆炸所起的作用是非常有限的。

此外，在宇宙飛船上裝置很大的太陽(yáng)罩，聚集太陽(yáng)光后輻射到小天體上使其溫度高達(dá)幾千攝氏度也是一種手段。彗星、小行星大多是冰水化合物，在高溫下部分物質(zhì)氣化后，質(zhì)量減少，軌道就會(huì)發(fā)生變化，從而避免撞擊地球。

最近，科學(xué)家們又提出一種比較有意思的方案：通過(guò)改變小行星的顏色導(dǎo)致它的軌道偏移，用油漆或粉刷的方法改變小行星的顏色，這個(gè)點(diǎn)子來(lái)自一個(gè)普通的常識(shí)，物體的顏色可決定吸收熱量的多少?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一顆深色的小行星吸收太陽(yáng)能，并以熱量的形式再將它輻射回宇宙空間。輻射熱量可對(duì)直徑在1公里或以下的小行星產(chǎn)生微量的推力，在長(zhǎng)期作用下，這一推力就足以改變小行星的軌道。這一神奇的推力被稱(chēng)為“雅科夫斯基效應(yīng)”。

▲ 撞擊小行星示意圖

全球監(jiān)測(cè)

上述所有這些方案都要求越早發(fā)現(xiàn)小行星越好，以便有充足的時(shí)間將飛行器發(fā)射升空，對(duì)其進(jìn)行攔截。攔截小行星這一“宇宙戰(zhàn)場(chǎng)”離地球越遙遠(yuǎn)人類(lèi)就越安全。為此，自1995年起，世界各國(guó)天文界掀起了尋找小行星的熱潮。1998年美國(guó)宇航局近地天體觀測(cè)項(xiàng)目啟動(dòng)，小行星發(fā)現(xiàn)的步伐大大加快。項(xiàng)目自啟動(dòng)之初便開(kāi)始對(duì)一系列觀測(cè)項(xiàng)目提供支持，其中包括麻省理工學(xué)院進(jìn)行的林肯實(shí)驗(yàn)室巡天項(xiàng)目(LINEAR)，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的NEAT項(xiàng)目，亞利桑那大學(xué)的Catalina巡天，以及洛威爾天文臺(tái)的LONEOS巡天計(jì)劃等等。所有這些巡天計(jì)劃獲得的數(shù)據(jù)都會(huì)統(tǒng)一上報(bào)小行星中心(MPC)，這一中心負(fù)責(zé)收集匯總來(lái)自全世界的有關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)并給出國(guó)際統(tǒng)一編號(hào)，隨后專(zhuān)家們還會(huì)對(duì)新發(fā)現(xiàn)天體的軌道進(jìn)行測(cè)算。

目前，天文學(xué)家平均每天發(fā)現(xiàn)3顆近地小天體，每個(gè)月小行星中心都會(huì)收到數(shù)以十萬(wàn)計(jì)的小行星發(fā)現(xiàn)報(bào)告。美國(guó)宇航局的巡天項(xiàng)目，以及全球各地的專(zhuān)家和業(yè)余愛(ài)好者們都在參與發(fā)現(xiàn)和追蹤近地小天體的工作。隨著越來(lái)越先進(jìn)的系統(tǒng)不斷加入觀測(cè)，我們正不斷了解更多有關(guān)太陽(yáng)系中近地小天體的信息，并可以追蹤它們未來(lái)的位置，目前每年發(fā)現(xiàn)的近地小天體數(shù)量約為1000顆。

盡管各國(guó)已越來(lái)越重視對(duì)小行星的監(jiān)測(cè)，但仍存在一些問(wèn)題?？茖W(xué)家們認(rèn)為，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的近地小行星和彗星在可以預(yù)見(jiàn)的近期內(nèi)都不會(huì)與地球相撞。但由于目前我們只發(fā)現(xiàn)了近地天體中很少的一部分，因此最早撞向地球的近地天體很可能是一個(gè)目前尚未發(fā)現(xiàn)的近地小天體。地球在近期內(nèi)被大的近地天體撞擊的可能性是微乎其微的，但目前的近地小行星監(jiān)測(cè)網(wǎng)存在一定的漏洞：完全憑借地面監(jiān)測(cè)，總會(huì)出現(xiàn)一些“盲區(qū)”。最大的“盲區(qū)”是朝向太陽(yáng)的方向，當(dāng)小行星從太陽(yáng)方向飛來(lái)時(shí)，由于強(qiáng)烈的太陽(yáng)光的作用，地面望遠(yuǎn)鏡無(wú)法捕捉到它們。這就需要在太陽(yáng)背離地球的方向上使用一個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行小行星的監(jiān)測(cè)，但這一計(jì)劃目前實(shí)施起來(lái)還有很多困難。因此，雖然科學(xué)家們已認(rèn)識(shí)到建立一個(gè)更嚴(yán)密的小行星監(jiān)測(cè)體系的重要性，但是監(jiān)測(cè)網(wǎng)的完備仍然需要一個(gè)過(guò)程，我們只能耐心等待。盡管近年來(lái)近地天體的發(fā)現(xiàn)率有大幅度的提高，但距離科學(xué)家們提出的發(fā)現(xiàn)90%直徑大于1公里的近地小行星的預(yù)期目標(biāo)還有一定的差距，既需要有新的觀測(cè)設(shè)備投入使用，也需要國(guó)際間的密切合作。

人們大可不必為此杞人憂(yōu)天，毀滅性的撞擊畢竟是極小概率的事件。但也不能盲目樂(lè)觀，要對(duì)有關(guān)近地小行星的問(wèn)題進(jìn)行深入的研究。目前，隨著公眾和各國(guó)政府對(duì)近地天體撞擊的問(wèn)題越來(lái)越重視，各國(guó)的科學(xué)家也在努力爭(zhēng)取經(jīng)費(fèi)，希望最終能夠建立有效的全球近地天體探測(cè)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)發(fā)展完備的空間觀測(cè)手段，包括月基觀測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)它們的物理性質(zhì)及軌道機(jī)制進(jìn)行研究，以便更完整地了解小行星。

[小知識(shí)]：小行星的研究?jī)r(jià)值

小行星大都位于紅色的火星和巨大的木星軌道之間，像大行星一樣，沿著橢圓軌道不停地圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。由于它們質(zhì)量很小，不會(huì)發(fā)生地球那樣大的變質(zhì)過(guò)程，因此保留了太陽(yáng)系形成初期的原始狀況?？梢哉f(shuō)，這些小精靈是太陽(yáng)系中珍貴的“化石”，它們記載著行星形成初期的信息，對(duì)于天文學(xué)家研究太陽(yáng)系起源有著重大價(jià)值。

責(zé)任編輯：夏丹