宇宙之天体大冲撞

( 科普2013-06-12 09:28:47)

这是人类天文观测史上最为壮观、最为珍贵的一幕，也是人类准确预报天体相撞首次成功的实践。人们为之惊叹、为之欢呼的同时，也不免为地球而担心。倘若这样的事件发生在地球上，不要说21块碎片，只要有一块就足以叫我们吃不消。
1993年3月4日，美国天文学家苏梅克夫妇和他们的好友列维从拍摄的天文照片中，发现了一串晶莹璀灿的"太空项链"，原来这是一群彗星，它被命名为“苏梅克--列维9号”彗星。轨道计算表明，这群彗星原本是一颗，在1992年7月7日绕木星运行时，在木星巨大的引力作用下，解体成了21块碎片。科学家根据计算预测：1994年7月17日至22日当这些碎片再次飞近木星时，将会以每秒60公里的速度与木星相撞。这是科学家们第一次对天体相撞事件作出预测。全世界天文工作者和爱好者的目光都集中到了那遥远而美丽的木星，盼望着这一亿万年也难得一见的天象奇观。
"苏梅克--列维9号"彗星如期临近木星，它们拖着长长的彗尾，像一道道急驰的闪电，一个接着一个扎进木星狂暴而五彩斑斓的大气层，巨大的爆炸发生了。科学家经过计算认为，这场大爆炸释放出的能量，相当于5亿颗原子弹的能量。爆炸后留在木星上的伤痕显示了直接受爆炸影响的区域发生的变化，这些伤痕大的可容得下我们的地球。





当人们发现了苏梅克-列维9号彗星后，世界上所有天文台的大型望远镜都对准了那一串无比珍稀的“太空项链”。感谢现代科技的成果，遨游在太空的数个航天器给我们发回了更加清晰的图片，使我们能够看到苏梅克-列维9号彗星的绝照。下面一组图片就是从地面或太空拍摄到的苏梅克-列维9号彗星。它们正在以每秒60公里的速度义无返顾地向最终的归宿地——木星飞去。
哈勃望远镜分辨出彗星的21个碎块。科学家用英文字母给它们分别命名，其中第七块“G”最大，直径约3200米。注意来自太阳的辐射压力将彗核吹出一条条灰尘的尾巴。
牛顿的万有引力定律告诉我们，一个物体的质量愈大，引力就愈大,同时距离愈近所受的引力也愈大。因此当我们向着一个物体时，它对我们正面的引力就比背面大，这股引力差使我们受到一股被撕开的力量。平常我们并没有被撕裂，那是因为我们身体分子间彼此的内聚力远大于来自其他物体撕开我们的力量。
地球受了来自月球的这种引力差，造成了地球上的海洋面向着月球突起，因而有了潮汐的现象。大质量、高密度的天体（如白矮星、中子星或黑洞）对周围其它天体产生的引力差更为显着。彗星一般为雪泥冰块等比较松散的物质，它们的内聚力微弱，当它接近木星到一定距离时，木星的引力就会超过彗星的内聚力，因此彗星就被撕裂了。能够靠近而不被撕裂的最小距离称为“洛西极限”

木星是太阳系中除太阳外最大的天体。木星的质量是地球的318倍，体积超过地球1500多倍。木星巨大的质量所产生的引力可以改变彗星的运动轨道。木星的卫星至少有16颗，其中最大的四个是1610年伽利略发现的。木星是液态流体，主要成分为氢和氮，与太阳的成分相近。其中心有一个约10个地球质量的固态的岩石核。木星自转很快，周期为9小时55分29.71秒。木星大气中可见云层色彩斑斓，被认为是放电作用和化学成分受太阳幅射触发的光化学作用的综合效应所致。那些化学成分主要是氨、甲烷、乙烷、乙烯、硫和水蒸气。木星上存在强烈的大气活动，显而亦见的大红斑就是一个持续了300年以上的飓风，它是一个上升的高压气旋，温度较周围低而反时针旋转，它的范围比地球还大。太阳系的主宰是会发光的太阳，其质量占了太阳系的百分之九十九以上。而木星的质量在剩下的其它大大小小的天体中又独占了百分之七十以上，其巨大的引力在太阳系中的影响仅次于太阳，在太阳系中可谓是“一人之下，万人之上”的天体。





“苏梅克--列维9号”彗星犹如一列战车冲向木星
“苏梅克-列维9号”彗星于1994年7月17日至22日陆续撞上木星。因为撞击点在木星背向地球的那一面，所以地面上的天文台无法拍摄到碎块撞击木星的一剎那，幸运的是木星自转速度很快，地面上的天文台能在撞击后十几至几十分钟（因地面上天文台所在位置不同）即可观测到。同时，环绕在地球大气层外的卫星以及太空中的探测器也加入了观测的行列，给我们发回了地面无法看到的景象。
下面这组图片是由卫星和地面天文台所拍摄到的各种照片。

彗星碎片以每秒60公里的速度撞向木星南纬43.26°至45°相当狭窄的环形区域，即图片中木星的下方。从图片上看，木星为从左向右自转。木星下方的发亮区域为撞击后温度骤然升高的红外显示。从系列图中可以看出受撞击区域的变化情况。图片中木星上方的圆形亮区为木星的卫星，因卫星环绕运动而位置不相同。



































苏梅克-列维9号彗星排成千万公里，气壮寰宇的长阵，浩浩荡荡地去与木星相会。当时世界各国媒体纷纷大加报道，把这一旷世奇观称为“世纪之吻”。右边两幅图点击后，可以看到由按时间拍摄的系列照片，连接而成的动态图像，记录了撞击点转向地球一面时的景象，此时过去撞击时间仅十几分钟，巨大的冲击波和高温还在持续。







上面4张图片为彗星冲入木星大气层时分解爆炸的想像图
下面是一篇介绍科学家观测彗星撞击木星时的文章：
1994年7月17日晚上9点10分，在世界著名的夏威夷玛纳基亚山天文台，天文学家正密切地观测木星表面情况。
编号C核撞击木星表面后，整个玛纳基亚山头，顿时人声鼎沸起来，山顶上总计7个台站在9点10分后纷纷观察到撞击后的"黑斑" 。这实在是太令人兴奋啦！夏威夷大学望远镜操作员约翰.哈密顿禁不住地手舞足蹈大叫起来。原来天文学家们正担心，巨大的木星会把彗星"无声无息"地"吃掉"，就像一根针刺一下苹果一样，除非拿"显微镜"观察，否则从外观上根本无从分辨。
为么天文学家不敢"大胆"预测呢？总工程师彼得.辛什尔说，这可要追溯到18年前的一段往事！1976年的柯驾德彗星，即将接近地球，当年天文学家们"铁口直断"说会有多么壮观，呼唤众人准备大饱眼福，这下可乐坏了望远镜商人，销售额直线上升；结果彗星是来了，模样却像是风中的"蜡烛"，结果壮观的景象没发生，倒是听见了天文迷的咒骂声响彻云霄。正所谓好事不成双，坏事接连来。正当斯威特.特尔头彗星于1992年11月通过近日点时，又有天文学家预言，这颗直径8000米的彗星将于2126年撞上地球，成为"人类终结者"。结果在随后的观测中，这颗彗星的轨道参数被修正，它将不会撞上地球。这时连新闻媒体也都忍不住加入"埋怨大队"，责怪天文学界不应做那个只会喊"狼来了"的坏小孩。
"嘿！转过来了，看见G核撞击点了。"约翰提醒我们。大伙儿纷纷围聚在电脑荧光幕前。G核撞击后的影响范围面积好象很大（事后测量有地球那么大！），而且它的红外线讯号非常强，可见G核穿透木星大气层后，一定在木星内部引起连锁的爆炸反应。这是一个非常珍贵的资料，我们得向其它以"光谱"观测的天文台调资料，以便了解撞击时产生的物质变化，才能作出综合性的判断。红外线的观测，可以帮助我们确定彗星撞击后的"热点"位置，以及木星表面的温度分布情况。天文学家在事前早已知道看不到彗星撞进木星的一刹那镜头，如果能亲眼目睹其过程，还可以让我们对木星与彗星的结构有个"实证"的机会。如果这颗彗星本身结构非常松散，属于"冰多于陨石"的状态，那么望远镜将看到木星表面一连串"劈劈啪啪"的小光点，像是过年在地上玩的"摔炮"。但如果彗星结构是大陨石包覆着冰块，那地面上的大型天文望远镜将看到一片火光。彗核直径大到数公里，这么大块的陨石"山"以时速21万6千公里速度猛然撞入木星的液态氢"海洋"，这一巨大的动能，在短短几秒钟内被释放出来，周围温度顿时就会高达摄氏5000度以上！请注意，太阳表面的温度也不过摄氏6000度左右。而且太阳的主要"燃料"氢，也正是木星的主要成分。在这种高温的情况，木星元素物质会发生什么变化，正是天文学家和物理学家所关心的。
请不要以为所有"博士"级人物都是先知，人类科学文明真正获得发展，并数据"量化"也才不过百年，如果真有科学家自以为了解大自然和宇宙，那真是太无知、太幼稚，何况自然界各元素物质在不同的环境条件情况，会有不同的反应出现，人类目前研究出的各种数据资料，都是在地球的环境或是实验室模拟环境下得到的，我们只看到了芸芸众生的一面。而这次彗星撞木星，正是给人类一次观察大自然"实验室"的绝佳机会。法国天文学家皮耶指着电脑荧光幕显示调来的光谱资料，我们打到了二硫化碳与硫化氢，这些硫化物很可能就是木星云层瑰丽色彩的重要关键。我们准备开始分析研究。
这时观测室扩音器响起约翰的报告："木星已接近地平！木星观测计划结束！"另一组天文学家也抵达观测室，两组人员交接换班。7月中旬的木星在午夜的时候，就要西沉到地平线下，后半夜将由另一组天文学家使用天文望远镜。在玛纳基亚山天文台的所有仪器除非是维修情况或是下雨阴天，否则观测时间都是排得满满的。
下面一组图片显示的是彗星撞击木星后，在木星表面造成的巨大“创伤”。这些伤痕大到数万公里，足可容下几个地球。从表面看，这些伤痕不仅改变了原来区域的颜色，也改变了木星大气风暴形成的条纹结构。木星是气态的，这些黑斑意味那里产生了可怕而更加巨大的风暴，我们在地球上所见过最猛烈的风暴与它相比都微不足道。有科学家曾经以为彗星带去的大量水会使撞击区域发亮，但结果却是发黑。这些变化的解释工作还有待于继续研究。























下面是介绍几个碎片撞击木星时的观测文章
7月17日凌晨4时15分，南非天文学家首先观测到苏梅克-列维九号彗星的第1块，也是最小的一块撞击木星的景象。撞击没有引起燃烧，碎片为木星大气层吞没。
当天傍晚18时30分，在上海佘山天文台，我国第二大口径（1.56米）的天文望远镜摄下了第一张木卫1号的照片。19时36分20秒和19时43分32秒，成功地观测到彗星第4块碎片撞向木星，木卫1号两次增亮，亮度增强了8倍。碎片接触大气层的摩擦和碎片的撞击产生的火球使木卫1号两次闪亮。
午夜23时15分，木卫1号又一次闪亮：第5块彗星碎片撞了上来。与此同时，美国科学家称他们已观测到5块碎片撞入木星，虽然这些碎片是21块中较小的，但在木星表面造成了相当于10亿吨TNT炸药的破坏创面。
8日3时30分，美国夏威夷冒纳凯阿火山顶上的全球最大的天文望远镜记录了彗星最大的碎片（第7块）撞击木星的经过。该碎片直径3.2公里，撞击释放了相当于2.5万亿吨TNT炸药的能量，产生的亮度超过了木星整体。美国马里兰大学的女天文学家露西·麦克法登说：这块碎片巨大的冲击力造成的痕迹十分明显，其落点上空出现了由尘云构成的抛物面。
19时凌晨3时26分，直径与第7块相近的第8块碎片以每秒60公里的速度飞速而来产生的能量（6万亿吨TNT）相当于地球上所有核武器爆炸能量的几倍，产生的亮度瞬间超过了整个木星，引起的抛物面般灰云达地球般大小，剧烈的爆炸造成的瞬间温度约30000℃。
19日晚6时30分，最强烈的碰撞发生了！第9块碎片与第7块大小相仿，巨大的创面位于木星南半球东北缘，留下的暗斑直径达3万公里。撞击产生的能量相当于2.5亿颗广岛原子弹。澳大利亚天文学家观测到，撞击产生的巨大火球与随之爆发出的余辉范围达3个地球那么大。美国天文学家指出，撞击改变了木星的基本外观，并在木星表面形成了黑色疤痕。"疤痕"中有多种气体混和物和大量尘埃粒子。
21日，发生最壮观的一幕：第14、15、16块碎片于4时起相隔10小时撞击在同一地区。第14块碎片以每小时21万千米的速度坠向木星，随之产生的火球上升到数百千米的高空。第15号彗核撞向木星大气纵深处，火球上升到2000公里的高度，尘云直径相当于地球的3倍。第16块碎片碰撞产生的亮度是第14块的2倍，并产生了持续15分钟的爆炸。
21日晚11时04分，上海佘山天文台观测到的木星已伤痕累累，各个撞击创面直径超过1万公里，其中最大的直径估计有3万公里，其容积大大超过地球体积（地球直径为13000公里），与此同时，木星周围的木纹型云层出现紊乱。
22日下午4时6分，最后一块碎片落地，这最后的一"吻"，使历时6天的千年万载难遇的天象奇观随之落幕。美国芝加哥大学两位天文学家利用设置在南级地区的望远镜观察到，撞击木星南半球产生的火球亮度已远不如以前。通过光谱分析，证实了木星及其大气层中含有硫、氨、硫化氢等分子，但没有找到预想中的水。
此次撞击释放的总能量为二战时美军投放在广岛的原子弹能量的10亿倍。初步观测表明，彗星碎片的撞击已改变了木星的外貌。留下4个直径几万公里的深坑，其直径是地球的几倍。木星的云层留下了黑色疤痕，这疤痕需很长时间才能消去。强烈的爆炸已使木星大气层的气流和成分发生变化。由于木星与地球的平均距离约6.3亿公里，彗木相撞所释放的巨大能量及木星大气与表层的环境巨变，对地球与近地空间环境几乎没有影响。但如果设想木星上具有生命及其生态系统，如果木星上也有人类文明，如果这次撞击发生在地球上，将会出现什么情况呢？不言而喻，6500万年前恐龙灭绝的灾变事件又会再现。

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