几天前地球面临灭顶之灾 我们却几乎毫不知情

火山、海啸、气候变化……地球对生物“洗牌”的姿势可谓层出不穷。而其中最令人“猝不及防”的,当数天外来客——陨石的来访。

陨石接近地球的想象图 | Erik Simonsen via Photographer's Choice/Getty Images Plus

就在上周(2019年7月25日),一颗长130米,宽57米的小行星以24.5 km / s的速度从距离地球身边“擦肩而过”,距离地球仅7.3万千米(约为地月平均距离的五分之一)[1]。

如果这个大家伙真的与地球“亲密接触”,造成的破坏无疑是灾难性的。

与地球“擦肩而过”的2019 OK | watchers.news

而值得一提的是,与那些长期被记录在案和时刻受到“监视”的小行星不同,这颗名为2019 OK的天体,是在飞临地球的前一天才被人们发现的,这着实令天文学家们捏了一把汗。澳大利亚的天文学家迈克尔·布朗(Michael Brown)评论道:“它就像是凭空冒出来的一样”[2]。

从美丽尘埃到恐怖灾难

其实,自从地球形成开始,这些天外来客们就频繁“拜访”地球。早期的陨石撞击,对地球的“成长”起到了积极的作用——比如说促进早期地壳形成[3]。

但后来,地球上演化出了千姿百态的生命,陨石撞击就可能给地表生物带来灾难。尤其那些破坏力强大的大型陨石和小行星,更是各种生物的噩梦。现如今,它们也已经成为人类生存的一个巨大威胁。

那么,什么样的天体碰撞可能会对我们造成伤害呢?这由它们的“体型”说了算。

如果掉下来的物质很小,如灰尘颗粒,在进入到大气层后就会开始减速,几乎不经历加热过程。这些细小的灰尘颗粒经常会被平流层的飞机捕捉到。

当掉下来的物质稍微大那么一点,进入大气层后就可能形成美丽的流星雨。在坠落过程中,大部分的能量转化成了美丽的等离子尾巴和可见光。这种级别的陨石不会对我们造成巨大伤害,大家可以放心许愿。

划过夜空的美丽流星 | pixabay

一旦掉下来的物质大小达到米级,它们就不再是进行许愿的对象了。大尺寸陨石的降落往往伴随着巨大声响并会产生具有破坏力的冲击波。

大型天体撞击地球想象图 | pixabay

尺寸达到几十米的陨石,在降落过程中只有少量能量转化成了等离子体和放射源,大部分能量还是会转化成声音和冲击波。一但它降落在人类聚集区,就会造成严重的生命财产损失。比如2013年2月,一颗直径仅20米左右的陨石从天而降,击中了俄罗斯车里雅宾斯克(Chelyabinsk),造成了广泛的地面破坏和大约1500人伤亡[4]。

如果陨石达到了100–500米大小,就会在地球上砸出巨大的陨石坑,释放出大量的溅出物,场面足矣遮天蔽日。

巨型陨石可能会对地球生物造成威胁 | Science

如果撞击地球的天体达到了10千米左右,产生的大量喷出物会围绕在地球周围并长期影响地球气候。二叠纪~三叠纪生物大灭绝事件就是和这样规模的天体撞击有关[5]。

天体防御:刚起步的人类事业

巨大的天体撞击地球会带来不可估量的灾难,但如何解决这个涉及全人类福祉的问题却牵扯出一系列科学和道德难题。

例如,我们具体要开展什么样的科学技术工作,分别对什么样的天体进行防御?如果需要开展类似的研究,可能会面临大量的经费和心血付出。这些潜在的测试和防御系统该由谁来建立和负责?为了进行天体防御,国家之间又该进行怎样的合作?

虽然类似的话题在很多国际组织间进行过探讨,但并没有切实开展相关工作的先例。如果人类真的遭遇大型天体撞击需要进行太空移民(如果我们可以的话),又是谁要来负责组织移民?谁来负责提供正确公平的科学判定并且将信息公之于众?地球在十几亿年间一直没有再次经历大规模天体撞击事件,进行这般代价的防御研究到底有没有必要?[6]

在困难中学会合作是人类的重要一课 | pixabay

虽然存在很多问题,但是为了避免车里雅宾斯克类似事件的再次发生,科学家们还是开始了积极主动的防御性观测,研究的主要对象是近地天体(Near Earth Object, NEOs),指的是近日点距离小于1.3个天文单位(一天文单位长度为149597870700米)的天体总称。

观测内容主要集中在它们的位置和体积大小上。来自美国加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室、NASA小行星搜寻任务的首席研究员艾米·美因茨(Amy Mainzer)和她的同事们近来热衷于利用相机技术来帮助寻找近地天体。但是在茫茫太空大背景下,近地天体显得又小又远,对不同尺寸的近地天体进行测绘,就像是在黑色的夜空中寻找煤块或打印机墨粉一样[7]。

对不同大小陨石的防御策略也有很大不同。“打印机墨粉”般的小陨石很难被发现和预测,但是它们不会对地球造成巨大伤害。而那些大尺寸、能够造成巨大破坏的陨石,虽然很容易检测到,但如果真的朝地球飞过来,我们能做的非常有限。

近地物体相机(NEOCam)执行跟拍近地天体任务的模拟图 | NASA

首先,我们必须保证在近地天体距离地球较远的时候就发现它们,这样才能最大限度地保证反应时间。其次,稍小一点的也许可以将其破碎,但是太大的天体,只能寄希望于在物理上“推动”近地天体远离地球撞击轨道。而计算这种推力所需的能量,则要进一步了解近地天体的大小、质量、内部组成和运动方式等其他特性。

一颗已经被观测到的小行星 | NASA

比如科学家们观测到一颗260米长,140米宽的小行星 2019PDC。根据观测推算,它有十分之一的概率会在2027年以19千米/小时的速度飞过来撞上地球。如果碰撞真的发生,将释放出100兆吨~800兆吨能量,相当于5000~40000颗广岛原子弹。科学家们进行了模拟演算后认为——碰撞最可能发生的位置是美国东部或大西洋某处 。

在2019年行星防御会议上,科学家们就针对2019PDC的潜在威胁问题展开讨论。届时,NASA和其他国际合作单位将联合起来,在它给地球造成破坏之前使用多个撞击器将其推离撞击轨道[8]。

搭载撞击器的火箭发射 | pixabay

不过对于该计划,也有很多质疑的声音。地球已经十几亿年都没有经历大的天体撞击事件了,如此兴师动众是否有必要?对此,近地天体研究中心主任,保罗·乔达斯(Paul Chodas)表达了他的观点:“我们需要不断挑战自我,提出尖锐的难题。如果不对最坏的情况进行研究,那就什么都学不到。”

显然,宇宙天体防御事件难度巨大,现阶段的观测和模拟仍是这项伟大人类事业的初步工作。对于陨石的防御问题,人类仍有很长的路要走,好在世界各国正在为应对困难而积极合作,尽最大努力把“飞来横祸”的灾难降到最低。

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