拥挤的天空 从当代天文学的观点来看，宇宙比人们通常想象的要广得多，要深得多。从微观原子核到整个可观察到的宇宙，物理世界在空间上运行了39个数量级。到目前为止，数千亿星系分散在人类可以观测到的太空中。每个星系都由数千亿颗恒星、星际气体和尘埃组成，几乎每个恒星都是太阳。太阳所在的银河系只是数亿星系中的一个普通成员，而整个太阳系，包括地球等八大行星，在浩瀚的宇宙中显得如此之小，就像清晨天空中飞扬的尘埃粒子。太阳系和地球形成于约46亿年前。除了主要行星及其卫星外，太阳系还包括小行星、彗星和其他天体。在火星和木星之间，有成千上万大小和形状各异的小行星，它们以椭圆轨道围绕太阳运行。这个地区被称为小行星带。此外，还有无数彗星和其他小天体漂浮在行星际空间。这样，地球和各种小天体之间的相互作用甚至直接碰撞都很可能发生。 古代传说 关于地球形成后的演化过程，历史上有两种不同的观点：同质变化理论和灾难性变化理论。均匀变分理论认为地球是一个孤立的系统。它认为，地质时代和古生物演化的所有变化都可以从地球上可用的物理和化学过程来解释，例如火山爆发、风化、沉积、板块运动和其他物理和化学进程。相比之下，大灾变理论认为地球并非孤立的，外来天体的影响不容忽视，甚至可能在地球的发展史上发挥决定性作用。特别是，一些地质时期的划分可能是由几次超大型天体撞击造成的。 19世纪初，灾变理论一度流行，但后来“一切变化”理论逐渐盛行。这是因为当时人们习惯于从地球本身寻找大规模灭绝和大陆漂移的原因。20世纪60年代前后，随着观念的转变和科学的进步，灾变理论重新受到关注。 古生物学研究表明，地球上生命的发展并不是从低到高逐渐演变的。化石记录表明，在稳定的演化过程中，不时会出现一些短期事件。在地球历史上，发生了许多大规模的生物灭绝事件，其特点是大量生物物种在相对较短的时间内突然消失，一些新物种出现。用小物体撞击事件来解释这种生物的大规模灭绝是很自然的。在过去几亿年中，这种影响可能发生过6至7次，同一时期也发生过同样数量的全球灭绝事件。影响的数量和灭绝事件的数量之间似乎存在对应关系。1980年，加州大学伯克利分校的研究团队明确提出，白垩纪和第三季度之间的尖锐边界是由10公里尺度的小行星猛烈撞击造成的。这一事件的力量足以改变整个地球的生物和地质环境，造成全球灾难的严重后果。其后果之一是6500万年前统治地球的恐龙瞬间消失。  想象一下，一颗直径为10公里的小行星以每秒数十公里的速度撞击陆地，释放的能量约为160万亿吨TNT炸药，相当于地球上每平方公里一颗氢弹。结果，只需几分钟，就会形成一个直径约200公里的大坑，并将抛出近10万立方公里的粉尘。形成的防尘幕将在几年内阻止阳光照射到地面。植物由于不能进行光合作用而大量死亡，从而威胁动物的生存。大型动物最先受到灾难的冲击。上升的灰尘和高温蒸汽通过一系列化学反应生成大量一氧化氮，并破坏臭氧层。几年后，当防尘幕消失时，太阳的紫外线直射进来，对地面上的所有生物造成了极其致命的伤害。 海洋约占地球总面积的71%，因此小型物体更容易坠入海洋。一个10公里大小的小天体的撞击可以在海底形成一个直径超过500公里的巨大陨石坑。在撞击点附近，海水掀起了几公里高的巨浪。当海浪涌向陆地时，超级海啸将摧毁陆地上的一切。伴随着猛烈的冲击，全球超级地震也出乎意料地发生了。板块运动极其剧烈，火山接踵而至。总之，当各种暴力活动再次平息时，地球表面的生物和物理环境已经发生了无法识别的变化。 迟到的证据 在太阳系的尺度上，小天体与其他天体碰撞是一种常见的现象。月球和地球是近邻，当受到小天体的影响时，它们的外部环境应该是相似的。月球上到处都是不同大小的陨石坑，包括直径超过1公里的33000多个。其中大多数是小天体撞击月球表面的结果。月球既没有地球的大气屏障，也没有风化和水蚀；数十亿年前形成的陨石坑可以很好地保存下来。相反，在漫长的地质年代里，由于各种风化、地壳运动、海平面变化等因素，地球上大多数陨石坑很难找到。 根据月球地质研究的结果，并利用物理学的撞击理论进行估算，发现自35亿年前以来，地球每隔5800万年左右就会受到一个直径约10公里的小天体撞击，形成一个直径大约200公里的撞击坑。虽然上述理论计算的结果相当不确定，但从天文学的角度来看，小天体撞击地球所造成的灾难性后果并不罕见。 为了找到一个直径约200公里的陨石坑，以证明曾经发生过的小型物体撞击事件，地质学家经常在地球上旅行。然而，在地球表面找到一个面积达5亿平方公里的“小”坑并不容易？进行大规模的全球人口普查显然是不现实的，这需要有针对性地搜索。  小天体与海洋的碰撞事件，在超巨浪的猛烈冲刷下，会形成由大量随机粗糙岩石碎片组成的厚沉积层，地球上有此类沉积物的区域集中在加勒比海湾周围。但有一段时间，在那里的土地上甚至没有发现小陨石坑。这种转变发生在20世纪70年代末。根据墨西哥尤卡坦半岛的航磁测量数据和重力图，在半岛北部地下深处发现了一个直径180公里的巨大圆形地貌。后来，从卫星图像中发现，该地区有许多大型石灰石陨石坑，形成了直径约170公里的几乎完整的半圆形结构。这就是著名的奇克苏卢布陨石坑。1990年，在该地区进一步发现了含有玻璃陨石和冲击石英颗粒的岩石碎片，此类材料只能在剧烈冲击造成的高温和压力下形成。通过研究，陨石坑的地质年龄与恐龙灭绝的时间是一致的，因此突变理论最终得到了证实。 “额外士兵” 在20世纪初，即1908年，西伯利亚发生了一次令人惊叹的爆炸，这也被认为是天空外巨大陨石的“杰作”。爆炸震动了数千英里，摧毁了周围60公里的森林，蘑菇云上升到20公里的高度。它的力量是惊人的！然而，爆炸现场后来没有发现陨石碎片或大型陨石坑。在此基础上，人们认为彗星可能已冲入地球大气层。由于彗星核主要由冰组成，这很可能是一次罕见的巨型陨石冰事件：一个巨型彗星核碎片高速冲入大气层，其对空气的巨大冲击导致了一次惊天动地的爆炸！ 另一方面，通古斯事件的撞击能量约为数千万吨TNT当量，仅为10km小天体撞击地球时释放能量的几百万分之一。在地球近3.5亿年的历史中，此类大规模撞击事件可能已经发生过多次。根据同样的原理，如果通古斯天体的直径为100米，那么地球平均每5000年就会发生一次“通古斯”撞击事件。显然，这种估计应该有一个前提：小天体的撞击率必须在几十亿年内保持不变，对月球上不同历史时期产生的陨石坑的详细分析表明，情况确实如此。应该注意的是，一旦一个小天体撞击地球或其他天体，它就会消失，或者碰撞会减少一个小物体。那么，为什么影响率能够长期保持不变呢？ 事实证明，在小天体的世界里，可能有源源不断的“额外士兵”来自奥尔特云，这是一个由10万天文单位（1个天文单位约为1.5亿公里）的彗星组成的大型仓库。那里有多达1000亿颗彗星，可以说是取之不尽的。奥尔特云中的彗星经常在外部重力的干扰下离开“仓库”，向太阳系内部移动，进一步受到大行星的扰动，甚至成为小型近地天体，对地球构成巨大威胁。 地球外碰撞似乎很常见 在20世纪，有一个显著的彗星现象，即彗星“Sumek Levy 9”于1994年7月17日至22日撞击木星。早在事件发生前一年就对彗星进行了观测，并预测了撞击时间。后来，哈勃太空望远镜发现彗星分裂成22块碎片，相距16万公里。为了准备这次观测，天文学家使用了各种观测方法，包括可见光、红外线、紫外线和无线电，一些天文学家甚至远赴南非、澳大利亚和南极洲组织观测。中国科学院北京天文台2.16米望远镜、上海天文台1.56米望远镜和云南天文台1米望远镜也积极参与观测。 正如预测的那样，撞击事件准时发生。在五天的时间里，彗星碎片以每秒60公里的速度相继撞击木星。当时，木星上空雷鸣般，伴随着猛烈的爆炸和闪光。撞击也在木星大气层中留下了引人注目的黑点，撞击期间释放的总能量相当于数十万亿吨黄色炸药的爆炸威力。这是太阳系天体间极为罕见的碰撞事件，为人类了解太阳系天体之间的碰撞现象提供了宝贵的实时观测数据。 拦截空中“游客”“通古斯事件”和“彗星木星碰撞事件”的出现表明，今天仍有小物体碰撞的可能性。有人指出，彗星和小行星的撞击对地球造成的最大威胁来自直径0.5至5公里的小天体。据估计，这一范围内的近地天体总数约为10000个，撞击地球时释放的能量相当于10亿至10万亿TNT，可能造成大规模破坏性影响，甚至全球灾难。  在这方面，人们正在认真考虑对策。显然，首先，必须找到可能引起麻烦的小天体，并准确预测其轨道运动，这需要广泛的国际合作。美国目前正在建造的8.4米大型Synaptic勘测望远镜（LSST）将于2016年投入使用，它可以检测所有天体，如最暗的24.5米天体，包括太阳系中的小天体。据估计，在LSST满负荷运行8年后，可以找到所有直径超过140米的威胁地球的小物体。一旦确认一个（或多个）大型小型天体将在未来某个时间撞击地球并对人类构成严重威胁，我们就应该设法消除此类威胁。 以目前人类的科技水平，我们完全有能力尽早发射宇宙飞船，拦截这些不受欢迎的“外星访客”，并采取有效措施避免危险。为此，科学家们设计了许多“聪明的计划”。一种方法是在小物体附近引爆威力强大的氢弹，以适当改变小物体的路径，从而消除潜在威胁。另一个例子是在一个小物体附近组装一个巨大的太阳能烤箱，将太阳光的能量集中起来，使小物体材料升华和蒸发。由于质量的减少，小物体的运动轨道将改变，从而避免地球上的灾难。有些人甚至设想在小物体上安装一些大型帆式装置，并利用太阳风和光压将导致事故的小物体“吹”离原轨道，这样地球上潜在的“杀手”就不再存在。总之，尽管天体撞击造成的灾难性后果极其严重，但读者无需担心。现代科学技术完全有能力阻止人类重蹈恐龙灭绝的覆辙。 |
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