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小天体撞击 发表评论(0) 编辑词条

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撞击简介编辑本段回目录

  在太阳系中,除了八大行星外,还存在着为数众多的小行星和彗星,这些小天体在运行中不时会接近、甚至撞上其它行星。1994年,舒梅克–利瓦伊九号彗星(Shoemaker-Levy 9)在接近木星时,被引潮力扯碎为21块碎片并撞上木星,引发一连串的大爆炸,澳洲国立大学的太空望远镜拍下了当时的画面,震撼全球(见图),并且让人们开始注意到小行星或彗星可能带给地球的威胁。

  可能会撞上地球的小行星或彗星统称为“近地小天体”(Near-Earth Object, NEO),目前估计长度超过一公里的近地天体约有2000个,这些小天体万一与地球相撞,估计会造成全球1/4的人口灭绝;即使小一点的,例如长100米的小天体,也足以毁掉好几个台湾,而这种近地天体的数量估计多达30万个。

何谓NEO编辑本段回目录

  太阳系中除了行星、卫星之外,还在数不清的小行星和慧星。小行星和慧星并无明确的分界,兼备两者特点的小天体很多。小行星中最大的是“谢列斯”,直径达910公里,不过大部分的小行星是直径100公里以下,而越小的行星数量越多。火星轨道与木星轨道之间存在着“小行星带”,大部分小行星是在此区域内运行,而已经充分掌握其轨道的小行星已达7500个以上。

   无论是小行星或慧星,我们可以确定,轨道已知的小天体是不会碰撞地球的。但NEO的轨道接近地球时有可能改变,这是因为NEO接近水星、金星、地球和火星的机会很多,难免会受行星引力的影响而变更轨道。

   未被发现的小行星当中,或许会有撞击地球的小行星。科学家认为直径1公里以下的小行星大部分尚未发现,万一此种未发现小行星撞击地球,将引发无估计的灾害,为此,设法找出发现的NEO是当务之急。

撞击威力编辑本段回目录

  近地天体撞到地表时,会造成一个比自身直径大10倍的洞,而实际破坏的范围更远超于此。以造成恐龙灭绝的数公里长的近地天体来看,显然全球都蒙受其难;即使小一点的,如1908年一颗仅长数十米的小天体撞上西伯利亚,也毁了方圆40公里内的森林,爆炸威力相当于600颗广岛原子弹。

   撞击威力之所以会那么强大,原因在于速度太快。已知火箭脱离地球所需的速度至少每秒11公里,若地球重力吸引一颗原本静止在外层空间的小天体撞进来,撞击速度至少如此,加上近地天体在地球附近时并非静止,而是以大约每秒10几公里到数十公里的速度绕行太阳,若真的发生撞击,速度极可能超过每秒30公里。一般炮弹落地的速度还不到每秒2公里,比炮弹重千万倍以上、速度又快那么多的近地天体若撞上地表,可以想见后果有多严重。

撞击影响编辑本段回目录

  小行星和慧星是以每秒20-60公里的极高速度运动的,在这样高速度的状态下,即使天体体积不大,仍具有极大能量。通常NEO体积越大,运动速度越快,能量就越大。

   假定小行星密度为3g/cm3,且运动速度为每秒25公里时,则直径10米左右小行星的能量是0.024百万吨,此能量大于在日本广岛爆炸的原子弹,具有足够破坏一个大都市的威力。如果是直径500米的小行星,能量便增加为3000百万吨,运动速度如果再增加,则能量更大。

   小天体碰撞地球可能产生的灾害有碰撞引起的爆炸,以及爆炸引起的火灾、地震和海啸。另外还有由碰撞引起尘埃扩散所带来的寒冷化,以及因氮气燃烧而产生的酸雨等灾害。

   NEO碰撞地表后必然出现圆坑,圆坑直径可达碰撞天体直径的20倍左右,而深度则大概为直径的20分之1到10分之1的程度。在碰撞的同时,天体粉碎并与圆坑中的物质一起飞散,碰撞的行星能量越大,则尘埃飞散量越多。飞散的尘埃可上升以平流层,并漂浮四方,由此引起了全球性的寒冷化现象。假设碰撞前气温为20℃,直径300米的小行星如果以秒速40公里进行磁撞,则气温会降到15℃。又小行星直径如果为500米,而秒速为30公里时,气温将会降到4℃。

威胁程度编辑本段回目录

  近地天体的轨道可分为三种:阿波罗(Apollo)、阿托恩(Aten,埃及神话中的朝之太阳神)和阿穆尔(Amor,即爱神丘比特),其中和地球轨道相交的阿波罗和阿托恩对地球较有威胁性;另外还有一种“地内天体”(inner Earth object, IEO),这类天体的轨道也可能很接近地球轨道,不过目前仅发现六颗。

   国际天文联合会(IAU)现在的定义是:只要和地球最近距离小于0.05天文单位(AU,地球与太阳的平均距离,1AU约为1.5亿公里)且体积够大,就列为“潜在危险天体”(potentially hazardous object, PHO)。

   这些天体的危险程度,则合并考虑碰撞机率以及撞击时所释放的能量,分为0到10级,数字越大表示对地球的威胁越大,称为“杜林诺灾难指数”(Torino Impact Hazard Scale)。目前只有两颗近地天体被列为2级,其它均为0级或1级。

   虽然长100米的近地天体估计数量多达30万个,但目前看来对地球具有威胁性的却寥寥无几,原因就在于宇宙实在太空旷了。台湾中央大学天文所教授陈文屏举例:若地球是桌上的一粒盐,太阳就像是4米外的一颗西红柿,木星则是20米外的木瓜子;会威胁地球的近地天体主要来自10几米外的小行星带,是远比盐粒更小的颗粒,尽管有一部份公转轨道与地球公转轨道相交,但要撞上的机率还是很低。

观测天体编辑本段回目录

  要决定某颗近地天体的危险程度,得先由世界各地的天文台对该小天体进行多次观测,再根据其移动轨迹计算轨道,并估算未来与地球的接近程度,然后将结果汇集到国际天文联合会的小行星中心(Minor Planet Center)进行统计。

   已经观测到1009个潜在危险天体,其中比较大的如编号1991 BA的小天体(以最接近地球时的年份来编号),长度约5~10公里,1991年距离地球仅约10万公里,不到地月距离(约38万公里)的1/3。

   观测设备益发精良,能够侦测到越来越小的天体,例如2004 FH仅长30米,距离地球只有破纪录的43000公里;但没多久,这个纪录就被2004 FU162打破,这个小天体距离地球最近时只有6500公里,不过由于长度只有6米,就算真的落入地球,也很可能在大气中就燃烧殆尽,所以并未引起太多关注。

   然而,却也发生过小天体造访地球后,天文学家才后知后觉的情形,2002年6月14日,长100米的2002 MN从距离地球不到12万公里处掠过,天文学家直到三天后才发现,而且这样的情况还发生过不只一次。

   由于还有很多近地天体没被发现,为了掌握更多近地天体的行踪,以便提早警觉、甚至设法预防碰撞,美国前总统小布什在2006年颁布了“乔治•布朗近地天体调查法案”,要求航天总署(NASA)在一年内提出清点近地天体的方法及所需预算,以及改变其轨道的方案,目标是在15年内找出90%以上长度大于140米、近日点小于1.3AU的近地天体。

   最受瞩目的探索近地天体的计划,是美国、德国、英国和台湾合作发展的“泛星计划”(Pan-STARRS),预计在夏威夷毛纳基峰建造四座口径1.8米、一次可看到7度×7度星空(月亮的视角约0.5度)的超广角望远镜,使用14亿画素的超高分辨率相机,每30秒拍一张照片,约4~7天可以巡天一次(把整个夜空拍一遍),然后再拍下一轮,比对前后两张相隔数天的同角度照片,找出新亮点及亮度和位置发生变化的星体,就可进行追踪,确认是否为新的近地天体。找到近地天体后,下一步是详细推算轨道,这是最困难的部分。由于近地天体的轨道受到木星、土星的影响很大,因此要在计算机上输入各相关星球的轨道来进行模拟;若是彗星则更复杂,因为彗星是由冰雪和尘土构成的“脏雪球”,靠近太阳时会受热喷发,产生像火箭一样的推进力,轨道更难以预估,而彗星占了近地天体的30%左右。

   2004年12月,就曾有一颗长300米的小行星2004 MN4,一开始天文学家分析其在2029年或2034年撞上地球的机率是1/300,杜林灾难指数4级,但过了几个月后,修改为1级,即撞击机率接近0。

有名撞击编辑本段回目录

  最有名的一次撞击是6500万年以前,一个直径约10公里的小天体撞击在墨西哥湾的一个半岛上,所有撞击物质气化后抛射在半空,整个太阳辐射大大减弱,据科学测算地球年均温度当时一下子降低18℃。那次撞击后,整个地球陷入黑暗,光合作用无法进行,植物大批死亡,引发地球上各种动物大量死亡,恐龙就是在这种恶劣环境中大批灭绝,而当时地球上大约70%的物种也一道消失。关于这次撞击,科学家们在全球100多个撞击坑的地方进行研究,寻找证据,中国科学家在西藏也取得确凿证据,表明6500万年前地球确实遭到小天体撞击。

   在导致恐龙灭绝前更古老的时候还有一次小天体撞击地球,大概接近80%的地球物种消失。科学家们找到的证据显示,这两次撞击后地球至少还有5次遭小天体撞击,给地球上气候环境带来巨大灾变:完全像冬天一样,温度巨降,冰盖扩大,海水倒退,整个生态环境发生巨大变化,生物大批死亡。但劫难以后,残留的生命在更恶劣的条件下以更顽强的生命继续发展,一系列新的生命、新的物种相继诞生,整个地球又非常繁荣。

专家解读编辑本段回目录

  今年4月9日上午7时06分,一颗编号为2010GA6的危险级小天体飞掠过地球,“擦肩而过”那一刻的距离,比月亮离地球还要近!在宇宙的尺度中,这算是非常危险的“亲近”了。

   虽然地球这次侥幸逃过一劫,但小天体对它的潜在威胁依然存在。美国《发现》杂志曾经评出“威胁人类生存的21世纪二十大危险”,其中小天体撞击地球位于首位。前不久,美国《外交政策》杂志列出了可能导致世界末日的5种情况,小天体撞击地球也居于首位。同时在联合国认定的世界四大突发灾难中,小天体撞击地球还是位居第一。可见,小天体对地球的潜在威胁之大。

   我国知名学者周海中先生曾经多次应邀参加关于天体相撞方面的国际学术研讨会,本报《博闻周刊》对他做了访谈。

   羊城晚报:什么是小天体?据说它们曾与地球相撞,并给地球造成过创伤?

   周海中:小天体通常是指太阳系内围绕着太阳运转但又不符合行星和矮行星条件的天体,主要包括小行星、彗星(俗称扫帚星)、流星体和其他星际物质。

   地球从形成至今已有46亿年了。在这漫长的岁月里,发生过无数次小天体撞击地球的事件。据专家统计,近1亿年来,地球遭到小天体撞击造成直径大于1公里的陨石坑就有1万处之多。由于地球大气层的保护,体积和质量小的小天体往往在坠落地面之前就已燃烧殆尽,但大的就会给地球造成灭顶之灾。

   6500万年前,一颗直径约10公里、质量为100亿吨的小行星撞到地球表面上,也就是现在墨西哥尤卡坦半岛东北沿岸地区;据专家估算,这一撞击释放的能量相当于100万亿吨烈性炸药(TNT)爆炸,是广岛原子弹爆炸威力的50亿倍,造成当时全球气候、环境、生态的灾变,使称霸世界的恐龙及其他生物种类的灭绝。

   1490年4月4日中午,一颗直径约5米的流星体撞到我国甘肃庆阳地区;当时正逢清明时节,不少上坟的人被陨石碎块击中,据地方志记载,“击死人以万数”。

   1908年6月30日凌晨,一颗直径约50米的彗星在俄罗斯西伯利亚通古斯卡地区上空5公里处爆炸,所产生的高温高压冲击波夷平了方圆2000多平方公里范围内的约6000万棵树木;不幸中之大幸是,这颗彗星毁灭的是一片无人区,没有造成更严重的社会性破坏。

   1989年4月22日,一颗直径约10公里的“斯维夫特-塔特尔”彗星掠地而来,与地球失之交臂的时差仅为10天;这个天外来客每隔76年就会与地球擦肩而过,是一个十分危险的家伙。

   去年11月8日,一颗直径约10米、运行速度为每秒20公里的小行星在印度尼西亚苏拉西岛南部上空的大气层中爆炸,发出轰天巨响,一条巨大弯曲状烟尘横过天际,引起大批居民恐慌;这一爆炸释放出的能量有3颗广岛原子弹爆炸的威力;所幸的是,由于爆炸的高度在地面以上20公里左右,因此没有造成任何破坏。

   顺带一提,撞击释放的能量大小取决于小天体的体积、质量、密度、结构特征、运动特点、飞行速度、撞击角度等因素。

   羊城晚报:将来会不会发生小天体与地球相撞的事件?

   周海中:根据历史记载和科学预测,小天体与地球相撞只是时间问题,而不是会不会的问题。

   据专家估测,直径10公里大小的小天体平均1亿年左右才会与地球相撞一次;直径约1公里的小天体撞击地球的概率是每10万年一次;直径约100米的小天体撞击地球的概率是每1万年一次;以上的撞击将会给地球造成灾难性的影响。

   在接近地球轨道的地方,现有大约2000颗直径大于1公里的小天体和10万颗直径大于100米的小天体。这样的近地小天体(NEO)无论是撞上陆地,还是击中海洋,都将是一场全球性的浩劫;人类不能忽视所存在的风险。不久前,英国著名理论物理学家霍金在接受媒体采访时就指出:由于近地小天体的威胁,人类必须移民到其他能适宜生存的行星以摆脱灭亡的命运。

   目前已知的对地球威胁最大的近地小天体是“阿波菲斯”小行星,其直径约400米;一旦它撞上地球,将释放出比广岛原子弹高10万倍的能量。据专家测算,“阿波菲斯”将于2029年与地球擦肩而过;由于其轨道被地球引力改变,它将于2036年重新光临地球,与地球相撞的概率为1/37至1/4.5万,在天文学上,这已经属于“非常高的概率”了。

   如果它撞上人口稠密处,就会给人类造成重大灾难;即使撞上人烟稀少的地方,也会给当地的生态带来严重破坏。目前全球有100多个研究小组正在从事“阿波菲斯”的太空任务研究,希望在它接近地球时能降低或排除相撞的可能性。此外,美国宇航局、欧洲宇航局和一些相关机构联合设立了一项5万美元的奖金,在全世界征集跟踪“阿波菲斯”以及精确探测其轨迹的最佳方法。

  羊城晚报:如何避免这种灾难?人类有防御措施吗?

  周海中:要避免小天体撞地球,首先应该建立一个全球性的信息、分析和预警系统,操控世界各地的地面和太空望远镜来探测和跟踪那些可能会给地球造成伤害的小天体,这是防止灾难发生的基础;其次制定一个所谓应对它们的应急计划,从而做到未雨绸缪,防患于未然;再次,应该配备更先进的观测设备,培养更多的高级专门人材,并做好这方面的科普宣传工作。

   任何机构或个人一旦发现“杀手”小天体,应该及时向国际天文学联盟(IAU)报告;经核实后,由国际天文学联盟上报联合国的有关机构;最后,由联合国向各成员国通报,并组织全球的科技力量来采取防御措施。值得庆幸的是,目前尚未发现近期对地球构成真正威胁的小天体,所以民众不必过于担忧。

   羊城晚报:科学界对小天体与地球相撞这一问题有什么新研究?国际社会有何反应?

   周海中: 从上个世纪90年代开始,国际社会尤其是科学界就十分关注小天体撞地球的可能性和危险性问题。科学家几乎每年都举行各种有关的国际学术研讨会,共商应对办法。

   1993年4月,多国科学家在意大利埃里斯召开了专门的国际会议,共同探讨近地小天体可能撞击地球的问题,并发表了《埃里斯宣言》,试图唤起人们对这一问题的高度重视。同年7月,我应邀参加了在韩国首尔举行的“突变理论与天体相撞”的国际研讨会,与会者就危险级小天体的运行数学模型、撞击地球所产生的能量、如何用方程来描述灾变过程等问题进行了探讨和交流。

   目前美国宇航局、欧洲宇航局、俄罗斯航天署、日本宇宙航空研究开发机构等都在加强对那些可能危及地球的小天体进行密切的监视和跟踪;哈勃望远镜也在不间断地监视它们的活动情况,另外拥有世界上最大数码摄像机的PS1望远镜已开始全天候地搜寻它们的踪迹。近地小天体对地球的威胁已经引起不少国家的高度重视。值得一提的是,美国是对外太空研究最为重视的国家,对于小天体会给地球带来伤害的动向更是格外敏感;白宫打算今年10月就小天体对地球的威胁制定一项政策,以便做好提前预警、事先防范和减灾灭灾的工作。

   虽然小天体撞击地球目前是小概率事件,但那些有可能并具毁灭性的“入侵者”是非常需要高度警惕的。   目前科学界提出应对“杀手”小天体的预防方法:

   一是用核武器去炸掉它或改变它的运行轨道,但麻烦的是运载核武器的火箭必须在发生相撞前7年发射,而且爆炸很可能把它变成许多小“杀手”,把带有放射性的物体抛入不可预测的轨道。

   二是用太空飞船撞击它,改变其轨道或把它撞碎;这种方法比较有效,但如同用核武器一样,这也可能把灾难扩大数倍。

   三是用航空器给它施加压力,使它加速或减速,从而改变它的飞行方向;这种方法比较理想,但不易实行。

   四是在它的表面插入一种像火箭那样的装置,让这种装置不断地喷出物质,像喷气式飞机那样,通过反作用力来推动它改变飞行方向。

   五是用镜子、油漆等来影响它吸收太阳光和热量,通过热能的变化来改变其轨道;这种方法见效比较慢,需要20年左右。

   六是用火箭把一面巨大的风筝形太阳帆发送到它的上面,而张开的太阳帆利用反弹太阳光子所产生的压力把它逐渐推离原来的轨道。

   七是用红外激光使它的表面物质向外发散,从而产生反向加速度使它改变飞行方向;或者用超强红外激光把它摧毁成对地球无害的小碎块。

   当然,还有其他的防御方法。不过,所有的方法现在都只是停留在理论设想阶段;是否切实可行,还要靠将来的实践来检验。   (《羊城晚报》2010-8-14)


扩展阅读: 
1.http://tech.qq.com/a/20050701/000091.htm
2.http://www.ycwb.com/ePaper/ycwb

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