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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    “天外來客”偷襲地球

                    2013-04-26 09:17:28

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                    /趙君亮

                    癸巳蛇年伊始,兩位“天外來客”——一顆隕星和小行星2012DA14,在同一天內相繼造訪地球,那顆偷襲地球的隕星已造成千余人受傷。在一陣驚慌過后,人們不禁要問,此類隕擊事件可以預測和避免嗎?本文僅述筆者一孔之見以饗讀者。

                     

                    車里雅賓斯克州隕星事件

                    2013215日當地時間1230分,一顆隕星墜落在俄羅斯烏拉爾山脈東麓車里雅賓斯克州的薩特卡市附近。在事發當地,一些監控攝像頭和駕車者的行車記錄儀意外地拍攝到這位天外來客快速掠過天空的驚人天象。隕星飛行速度非???,一道白光出現后,可聽見數聲巨響。隕星墜落引發的強烈沖擊波使數百棟房屋的大批窗玻璃受損。據官方報道,該事件造成的損失約4億盧布,并致使1200多人受傷,不過其中絕大部分只是碰傷、挫傷和劃傷等類輕傷,110多名傷勢略重者曾接受住院治療。

                    據美國國家航空航天局(NASA)估計,造成這次隕擊事件的流星體直徑約17米,質量近1萬噸,隕落期間的飛行速度約為18千米每秒(遠超人造衛星的飛行速度)。這位天外訪客以很大的入射角(大于70°)斜向闖入地球大氣層,光芒之強竟一度超過太陽,并在距地面1520千米處爆炸。用天文學術語來說,這是一顆火流星,其余跡大約持續了30秒,在200千米外都能看到。次聲波監測顯示,這顆流星體從進入地球大氣層到最終瓦解,歷時僅32.5秒。事件發生后,俄羅斯科學家在相關地區先是找到了一些尺度0.51厘米的隕星碎片,并據其化學和礦物成分判定肇事者乃是一顆普通球粒隕星。有報道稱,在事件發生后的10天左右,所發現的最大隕星碎片的質量約為1.8千克。這顆俄羅斯隕星創造了一項紀錄——自1908年以來撞擊地球的最大流星體。

                    巧合的是,隕星襲擊地球后僅幾小時,一顆尺度約50米的小行星2012DA14快速掠過地球,最近時距地球表面僅有27700千米(作為比較,地球半徑約為6370千米),比地球同步衛星的軌道高度還要低,它也創造了一項紀錄——在如此接近地球的小天體中,2012DA14是“個兒”最大的一個。

                    上述兩事件發生之當日,聯合國和平利用外太空委員會正在維也納召開會議,內容包括如何推進世界各國應對可能出現的小天體撞擊地球事件的國際合作。人們已預知,小行星2012DA14將于維也納當地時間的晚上近距離掠過地球。而出人意料的是在此之前幾小時俄羅斯隕星的突然出現,這使科學家們震驚不已。有人曾一度認為,這顆隕星乃后期到達的小行星的“先鋒”。但是,天文學家很快對此予以否定——隕星的飛行方向是從東北到西南,而2012DA14與前者幾乎是“相向而行”,兩者的運行軌道完全不同。

                     

                    流星體隕落地球并非罕見事件

                    流星體隕落地球并非罕見事件,事實上每年降落地球的外太空物質的總量約為20萬噸。不過,其中能對地球乃至對人造成較大破壞性影響的則少之又少。地球是否會因流星體的不斷隕落而“發胖”呢?如果在50億年時間內保持每年20萬噸的物質下落量,那么這一期間內地球“體重”的增加總量約為1000萬噸。由于地球的質量約為6×1021噸,那么50億年來地球的質量增加了600萬分之一,相當于60千克的成年人體重僅僅增加了0.01克,可見實在是微不足道。

                    2009108日,一顆尺度510米的流星體在印度尼西亞上空距地面1520千米處爆炸,但并未造成人員傷亡。1947212日,俄羅斯?;舻拢⒘值貐^發生了一次罕見的大流星體隕落景象,許多人目擊了這一事件。盡管出現在白天,但火流星的耀眼光芒一度壓倒了明亮的太陽光!據估計,該流星體隕落時所釋放的能量為100萬~500萬噸TNT當量。因結構比較松散,該流星體在隕落過程中四分五裂,沒有留下任何地面隕擊坑。

                       自人類有文字記載以來,地球上所發生的最大一次撞擊事件出現在俄羅斯西伯利亞通古斯地區。1908630日,一顆直徑不到100米的小行星,以約30千米每秒的速度闖入通古斯地區上空,在距地面6000米處爆炸,爆炸釋放的能量超過廣島原子彈威力的2000倍,令2000平方千米范圍內的森林被盡數推倒。這就是著名的通古斯事件。

                    地球發展史的早期,還發生過更大規模的小天體撞擊事件。例如,科學家推測,距今6500萬年前可能曾有一顆直徑10千米的小行星高速撞擊地球,后果是徹底改變了全球地面的生物學和物理學環境,并導致龐然大物——恐龍在短時間內滅絕。

                    顯然,最近發生的俄羅斯隕星事件使一些人惶恐不安,乃是很自然的本能反應。那么,當今人類能對此類事件做出比較可靠的預報嗎?人們是否有能力采取有效措施,使將要發生的重大撞擊事件得以避免呢?對此,還得從太陽系的組成說起。

                     

                    撞擊地球的肇事天體來自何方

                    太陽誕生于50億年前,在嗣后的4億年左右時間內進而形成了太陽系。太陽系內的天體種類繁多,除太陽、行星(含矮行星)以及衛星等主要天體外,還包括彗星、小行星和流星體等多類小天體。行星沿近圓軌道繞太陽公轉,衛星則繞各自的母行星運轉,它們之間是不會互相碰撞的。小天體的情況則不同,它們的運行軌道可以是圓、橢圓、拋物線甚至雙曲線,在運動過程中就有可能同地球公轉軌道相交,與地球近距離交會,甚至與之發生碰撞。

                    彗星由彗核、彗發和彗尾組成,在遠離太陽時彗星僅剩下彗核,本質上與小行星無異。彗星回歸太陽附近時會因太陽光和太陽風的作用使部分物質揮發掉,一旦多次回歸后可揮發物損耗殆盡,彗星也就成了一顆小行星。

                    小行星,顧名思義就是小的行星,它們也繞著太陽公轉。大部分小行星的運動軌道位于火星和木星公轉軌道之間,構成所謂主小行星帶。少數小行星的運行軌道會伸入地球軌道,甚至進入金星或水星軌道之內,稱為越地小行星。在地球附近經過的越地小行星又可稱為近地小行星或掠地小行星,它們可能對地球造成巨大的威脅。除主小行星帶外,海王星軌道外側還有一個小行星集聚區,稱為柯伊柏帶。

                    流星體就是“迷你”型小行星,本質上只是一些塵埃微粒和微小固體塊,它們為數眾多,在太陽系內可謂俯拾皆是。流星體也繞太陽運動,一旦接近地球時便會闖入大氣層。這些微粒與地球的相對運動速度低則十幾千米每秒,高則可達70余千米每秒,因而會與地球大氣分子發生劇烈摩擦而燃燒發光,在夜間天空表現為一條光跡——流星。流星中特別明亮的又稱火流星, 出現時或可聽到聲響。流星和流星體是兩個不同的概念——流星體是一種實體,流星是由流星體造成的一類天象。

                    流星通常單個零星顯現,出現的時間和方向并無規律性,每小時平均可看到10條左右,稱為偶現流星。有時在天空某一區域或某一時段內流星數會顯著增多,每小時出現幾十條甚至更多,這種天象稱為流星雨。特別大的流星雨亦稱流星暴,如1833年出現的流星雨每小時竟多達35000條,景象蔚為壯觀。流星雨緣自一群流星體在短時間內闖入地球大氣層,而這種成群結隊的流星體稱為流星群。

                    流星體質量一般很小,如肉眼可見流星體的直徑在0.11厘米之間。大部分流星體進入地球大氣層后都氣化殆盡,只有少數大而結構堅實的才能因燃燒未盡而有固體物質擊中地面,這就是隕星,而隕星撞擊陸地所形成的凹坑便稱為隕擊坑或隕星坑。根據化學和礦物學成分,隕星又可分為石隕星(隕石)、鐵隕星(隕鐵)和石鐵隕星3類。

                    許多直接和間接的證據表明,在太陽系形成以來的漫長時期中,包括地球在內的太陽系天體不斷受到彗星、小行星、流星體這些小天體的撞擊。人們早已知道月球上布滿了不同大小的環形山,其中直徑大于1千米的達33000多個,最大的直徑竟達200千米左右,它們絕大多數都是小天體撞擊月面后生成的隕擊坑。隨著天文觀測水平的提高,已經發現不僅在水星、金星、火星這些類地行星的表面上,而且在不少行星的衛星上,甚至在一些小行星上,都分布著許多因小天體撞擊生成的大小不等的坑穴。1994716日發生的彗星SL9與木星相撞事件表明,大規模天體撞擊事件目前仍有可能發生。

                    總之,小天體對地球(以及其他天體)的撞擊,在太陽系歷史上乃是一種頗為普遍的現象,未來地球仍有遭受此類撞擊的威脅存在。今年的俄羅斯隕星和小行星2012DA14的近距離出現無疑給地球人敲響了一次警鐘,人類決不能對之掉以輕心。

                     

                    如何應對隕星撞擊地球

                    19世紀法國的一幅漫畫描繪了天體撞擊事件所造成的最為恐怖的結局:一顆面目猙獰的超級魔星把人類的美好家園——地球撕得四分五裂。

                    這樣的“世界末日”景象也許永遠不會發生,地球在太陽的撫育下已經安然度過了46億年,太陽還將穩定存在50億年。然而,未來地球確實存在遭受較大小天體的撞擊,以至發生重大災害**件的可能性,人們必須認真考慮對策。

                    早在20世紀90年代初,科學家已開始較為深入地探討小天體撞擊事件的可能性及其對人類的潛在威脅。19917月,在美國召開了一次近地小行星探測討論會。會議報告明確指出,地球會受到小天體的偶發性大規模撞擊,并可能帶來災變性的后果,報告特別強調最大的威脅來自直徑0.55千米的小天體撞擊事件。這類事件所釋放的能量范圍為10億~10萬億噸TNT當量,輕者可造成局部區域的大范圍災變效應,重者更可破壞全球的生態平衡,并導致數億至數十億人的死亡。

                    小天體的“個兒”越大,數目越少,撞擊發生的頻率越低,但撞擊的后果越嚴重。據估計,直徑0.55千米的近地小天體的總數約有1萬顆。有報道稱,截至20128月已經發現了848顆直徑不小于1千米的近地小行星,其中154顆可能是潛在的肇事者。另一方面,直徑10米左右的近地小天體可能有1000萬顆,平均每10年會有一顆撞擊地球;30米直徑的近地小天體共有130萬顆,平均200年撞擊地球一次;而類似通古斯事件的撞擊則大約5000年發生一次。

                    科學家已經意識到,大的撞擊事件盡管非常罕見,但是務必細致地估計各類撞擊事件發生的可能性,以及可能造成的危害。今年的俄羅斯隕星盡管直徑僅為17米且空中爆炸,但是因為事件發生在城市附近,亦造成大批建筑物受損和1000多人受傷。

                    為了避免或盡可能減小撞擊事件帶來的災禍,首要的任務是設法判明在上述范圍內有哪些小天體可能會撞擊地球——通過觀測找到它們,計算出它們的運行軌道,確認潛在的肇事天體,包括它們的大小和撞擊事件發生的時間,然后采取相應的對策。毫無疑問,對全天小天體的探索需要廣泛的國際合作,必須在全球不同的地方設置專用的天文望遠鏡,以做到潛在的肇事天體無一漏網,而世界各國也都已認識到它們可能造成的巨大的甚至全球性的災難。

                    一旦發現某顆小天體將會撞擊地球,那么以目前人類的科技水平,完全能做到及時提前發射一艘無人飛船去攔截這位天外不速之客,而科學家已經設計了多種具體方案來改變入侵者的運行軌道。例如,在它的附近引爆一顆氫彈,爆炸產生的推力只需稍稍改變一下“嫌犯”的運行路徑,對地球的潛在威脅也就解除了,這要比把小天體炸碎更易于取得成功。另一條途徑是,飛船在小天體附近組裝一個巨型太陽灶,利用太陽能使小天體物質升華、蒸發,隨著質量的減少,這位天外來客的運動軌道便會發生改變,地球得以避免災變事件的發生。有人甚至設想,為小天體安上一些大型風帆式裝置,利用太陽風和太陽光壓對帆的推力,把疑似肇事小天體“吹”離原有軌道,威脅地球的“殺手”也就不存在了。

                    現代天文學已經能通過觀測,對重大天體撞擊事件做出準確的預報。1993324日,3位天文學家共同發現了已經分裂成21塊的休梅克-利維9號(SL9)彗星,并根據它的運動軌道預言它將于次年7月中旬撞擊木星。果然,從1994716日起,彗星的21個碎塊,以約60千米每秒的速度,一個接一個撞向木星,演出了太陽系歷史上極為壯麗的一幕。彗木相撞成為天文學史上第一次準確預報并觀測到的太陽系天體的大規模撞擊事件。有人估計,彗木相撞所釋放的能量約合5000億噸TNT當量,這一事件如發生在地球上,即使撞上荒無人煙的地區或墜落海洋,其后果之嚴重將不堪設想。

                    彗木相撞的準確預報,并不能使地球人對未來可能發生的小天體撞擊地球事件高枕無憂。準確預報的前提是必須及早通過天文觀測發現潛在的肇事者,并隨時跟蹤其軌道的變化和撞擊地球的可能性。對于比較大的小天體做到這一點并不難,它們在相當遠的地方就可以觀測到。但是對于那些“迷你型”的小天體(比如最近這次的俄羅斯隕星),只有當它運動到相當接近地球時才能觀測到,而這時一旦發現它會撞擊地球,人們要想采取有效措施改變其運動軌道恐怕為時已晚,也許只能眼睜睜地看著它以瘋狂的速度撞向地球上某個不幸的地方。

                    不過,讀者無需因此而感到沮喪?,F在做不到的事未必將來也做不到,人類的科技發展史充分說明了這一點。隨著天文觀測技術的日益長進,人們必將會對各類小天體撞擊事件做出準確的預報,并能采取相應的措施予以有效的規避。行文至此,筆者對地球和人類美好的未來充滿了信心。


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