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撞向地球的“石头”

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6500万年前,一颗小行星从天而降,撞击到今天中美洲的尤卡坦半岛上,由此造成的剧烈气候变动使得当时的地球霸主――恐龙轰然倒地,让出了生物界王者的宝座,灾难过后,幸免于难的哺乳动物乘机扩张,并演化出今天的地球新主人――人类,假如小行星再次撞击地球,人类是否能避免重蹈昔日恐龙的覆辙呢?

然而,暂时“循规蹈矩”的小行星们究竟现在身处何方?它们有着怎样的前生后世?万一它们再次来袭,我们人类究竟如何去挽救生灵?带着这样的问题,我们一步一步来寻觅这些撞向地球的“大石头”吧。

在我们居住的太阳系中,木星与火星轨道之间有一大群小行星(如图1所示),它们与内行星(即地球、水星、金星和火星)同根同源,都是“萌芽时期”的行星,但由于木星强大吸引力的“扰动”,使得它们无缘形成大行星,从而成为太阳系的“小字辈”。

那么小行星究竟是从何而来的呢?一开始天文学家认为,它们可能是一颗神秘行星的残骸,这颗行星在远古时代遭遇了一次巨大的宇宙碰撞而被摧毁,但从这些小行星的特征来看,它们并不像是曾经集结在一起,如果将所有的小行星加在一起组成一个单一的天体,那它的直径只有不到1500千米,竟然比月球的半径还小,所有小行星的全部质量比月球的质量还要小,后来天文学家们认为小行星是太阳系形成过程中没有形成行星的残留物质,也就是太阳系形成初期的物质残余。

那么人们是如何在浩瀚无边的太空中发现小行星的呢?几个世纪前,天文学家感到火星和木星的轨道间距太大,因此开普勒推测此间距内应当有一颗未知的行星,于是,掀起搜寻的热潮,1801年元旦之夜,皮亚齐(G.Piazzi)在西西里岛上无意中发现一颗天体,命名为谷神星(如图2所示,为哈勃望远镜拍摄的谷神星和灶神星像),但测定出它的直径还不到10000米,显然不是要搜寻的行星,于是就称作“小行星”,后续的搜寻发现了更多的小行星,至今为止,在太阳系内已经发现了约70万颗小行星,但这可能仅是所有小行星中的一小部分,只有少数这些小行星的直径大于100千米。

到上世纪九十年代为止,最大的小行星是谷神星,但近年在古柏带内发现的一些小行星的直径比谷神星要大,比如2000年发现的伐楼拿(Varuna)的直径为900千米,2002年发现的夸欧尔(Quaoar)直径为1280千米,2004年发现的2004 DW的直径甚至达1800千米,2003年发现的塞德娜(小行星90377)位于古柏带以外,其直径约为1500千米,小行星都位于地球轨道内侧到土星的轨道外侧的太空中,而绝大多数的小行星都集中在火星与木星轨道之间的小行星带。

小行星的公转轨道都是椭圆形的,大约有95%的小行星轨道半长径在2.17-3.64天文单位之间,这一空间区域称为小行星的主环带,位于主环带里的小行星称为“主带小行星”,当然,这些小行星各有轨道,通常并不“越轨”,然而,万一有一颗“图谋不轨”呢?假如真有一颗脱轨小行星撞上地球,就会造成空前浩劫――毁灭我们这颗行星上的绝大多数生命,即便是一个小的行星也能撞毁一座城市或一个地区。

太空中的小天体掉进地球大气层,我们称它为流星,所有从太空中飞进来的小天体,经过大气层摩擦生热后,会因为释放能量而发光,小天体与地球相撞,首先与大气接触产生震波,同时发出明亮光芒,并在地面撞击出陨石坑,若是更大天体的撞击,甚至可能造成极大规模的破坏,在众多小天体中,凡接近地球且其轨道会让它和地球产生近距离接触的,就是我们担心的近地小天体。

一些近地小行星在大行星的摄动下,轨道会和地球轨道相交,从而有可能与地球相撞,在过去的几十亿年中,这种事件可能确实发生过,通过空间遥感技术。在地球上已发现了100多个陨石坑,其中91处推测是小行星撞击造成的。

试想,未来的某一天,一颗巨大的火球从天而降(如图3所示),撞击了地球的某个地方,顷刻之间,灰尘腾空而起,直上云霄,在大气层最底部的对流层,灰尘随着激荡的空气翻滚着,直到它们上升到平流层,平流层中空气流动平缓,于是尘埃长时间滞留,遮挡了阳光,大地笼罩在一片黑暗之中,危机开始了,撞击发生一周后,撞击点的温度还有300℃,由于撞击引起了火山喷发,空气中充满了硫磺的味道,大气的pH值竟然达到4.2。海水溶解了大气中的硫磺粉末,也变成了一片毒水,大量浮游生物、鱼类相继死亡,在陆地上,土壤接触了酸性的空气后,里面的重金属被空气腐蚀并吸收,使空气变得具有了毒性,各种植物光合作用已经停止,我们的运输系统、电力供应系统很快崩溃,各种工业活动都陷入死水,整个人类社会陷入一片混乱之中,十周后,冰河时代也随之开始,赤道地区竟然开始降雪,全球陷入了严寒……

恐龙在地球上漫游了一亿三千万年,最终未能避免灭绝,那么人类呢?人类把求生的希望寄托在日益发达的科学技术上。

如何对待飞向地球的小行星呢?以前的计划是利用太空船或者核武器将小行星炸毁,这类似于2005年人类对一颗彗星的“深度碰撞”,这种方法能让小行星迅速改变飞行方向,但同时也很容易失去控制,如果弄不好,炸毁的碎片会向地球散落,使人类更深受其害,另外,地球上所有的核武器积累起来只够用来炸毁一颗直径9千米的小行星,而且由于小行星在轨道飞行时处于高速的旋转状态,要准确地击中小行星的中心更是困难重重。

后来,第一位美籍华裔宇航员张福林等专家研制出等离子体发动机,国际空间站对这个新发动机进行了测试,如一切成功,他们将把这种发动机安装到用于推移近地小行星的火箭上,根据美国专家的计划,未来如果某颗近地小行星与地球距离“过于亲密”的话,携有等离子体发动机的火箭就将飞向这颗小行星,其箭首将抵住这颗小天体,使其改变运行轨道(如图4所示)。

不过,目前大多科学家还没想那么远,他们着急的,是赶紧找到所有近地大天体(直径超过1千米的)的踪迹,对之进行密切监视。在可能有灾难来临时及早进行预报。

1999年7月,国际天文学联合会在意大利的都灵制定小行星对地球威胁程度的险级标准,并将此标准命名为“小行星险级都灵标准”,其目的是使研究人员、新闻媒体和公众能够准确辨别和掌握某星体对地球的实际威胁程度,避免造成不必要的恐慌,标准共分为11级,从0级到10级,危险程度逐级增加。

截至目前,人们还没有观测到超过都灵1级的小行星,也就是说还没有发现任何在相当长的一段时间内会对地球造成重大威胁的天体,掌握了绝大部分近地大天体的运行轨迹,就可以提前相当长的时间――例如几十年,预告某颗小行星可能与地球相撞,使人类有充足的时间准备对付它。

有了科学家的努力,我们坚信,恐龙们所碰到的糟糕情况将不会再出现了,这些“大石头”将再也不会与我们的地球“亲密接触”了。