小天體還會撞擊地球嗎

歐陽自遠

遭受撞擊是天體的共同特征

在太陽系的火星與木星運行軌道之間，分布著一個小行星帶。眾多的小行星繞太陽運行，不會和地球相撞。獲得國際永久編號的小行星有21萬多顆，其中直徑在100km以上的小行星大約有200顆，30km以上的約有1000顆，1km以上的超過100萬顆。還有少數(shù)軌道特殊的小行星，軌道近日點進入到火星、地球、金星甚至水星軌道以內(nèi)。這些近地小行星，在運行的過程中可能撞擊地球，誘發(fā)地球氣候環(huán)境災(zāi)變和生物物種大滅絕事件。

長期以來，天文學家對近地小行星和彗星的軌道、運動特征、成份、類型、結(jié)構(gòu)等，進行過精細的觀測和研究。在已登錄的3611個小行星中，為預(yù)報小天體撞擊地球的危險_生，對其中807個小行星和57個彗星進行了跟蹤監(jiān)測。

太陽系中具有固態(tài)外殼的行星(如水星、金星和火星)、矮行星(如冥王星)、衛(wèi)星(如月球、火衛(wèi)1和火衛(wèi)星2等)和小天體(小行星和彗星)的表面，千瘡百孔、坑坑洼洼、斑駁陸離地密布著大大小小的撞擊坑，這些環(huán)形撞擊坑是小天體撞擊及小天體相互撞擊的生動記錄。太陽和表面為流體狀態(tài)的巨行星(木星、土星、天王星和海王星)，也經(jīng)常遭受小天體的撞擊，但是撞擊后產(chǎn)生的撞擊坑難以持久保存，很短時間“傷疤”愈合而消失。

小行星和彗星撞擊地球，在地球的歷史中屢見不鮮。估計直徑大于10km的小行星撞擊地球的概率，大約是每一億年發(fā)生一次；直徑1km級的小行星撞擊地球的概率，大約100萬年一次；直徑100m級的小行星撞擊地球的概率，為一萬年一次；這些小天體撞擊地球，將誘發(fā)全球性的氣候與環(huán)境災(zāi)變。人類有文字記載的歷史還不到一萬年，這期間沒有遇到過嚴重的撞擊事件。

地球表面保留的撞擊坑很少。經(jīng)研究確認，地球表面仍然殘存有168個可辨認的撞擊坑。由于地球表面受到各種地質(zhì)內(nèi)力和外力作用，如火山噴發(fā)、巖漿侵入、地震海嘯、構(gòu)造運動、海進海退、水與風的剝蝕、搬運與沉積作用等。歷經(jīng)幾十億年的滄桑變化，地球歷史上形成的眾多撞擊坑，絕大多數(shù)都已被剝蝕而夷平，或被各種沉積物或火山熔巖所掩埋，或被構(gòu)造巖漿作用所破壞。保存完好的小型撞擊坑，如美國亞利桑那州的梅蒂爾撞擊坑，大約是在49000年前，一個直徑僅為42m的小天體撞擊，產(chǎn)生了一個直徑12km、深150m的坑。這顆小行星撞擊地面的速度約為每小時72000km，在14km的高空發(fā)生爆炸，爆炸沖擊波碰撞地面產(chǎn)生的能量相當于25兆噸TNT炸藥爆炸的能量，接近于120000個轟炸廣島原子彈的爆炸威力。

小天體撞擊地球禍害很大

小天體高速通過地球大氣層，與地表的相對速度約為每秒15－75km。高速運行的小天體通過大氣層時碰撞大氣分子，產(chǎn)生極高的溫度和壓力，小天體表面的物質(zhì)不斷汽化、熔融與飛濺，甚至在大氣層中產(chǎn)生劇烈爆炸。

高速運行的小天體壓縮大氣，形成強大的超高溫超高壓沖擊波沖向地面，使地面的靶巖迅速破碎、汽化和熔融。沖擊波在地球表面挖掘出相當于撞擊體體積近100－200倍的靶巖向外濺射，形成一個環(huán)形撞擊坑和撞擊坑外緣的堤壩狀坑唇；相繼撞擊坑中心隆起，撞擊坑外大面積分布的撞擊熔融角礫巖；撞擊坑壁坍塌形成多環(huán)撞擊坑。

強大的超高溫超高壓沖擊波沖向地面，產(chǎn)生巨大的地震，摧殘地球的生命。若撞擊靶區(qū)是海洋或臨近海洋，將激起幾百米、甚至上千米高的巨浪和最強烈的海嘯與地震，沿岸數(shù)千千米的地區(qū)將淪為汪洋一片。大量的海水蒸發(fā)、濺射，并挖掘出大量海底的沉積物與巖石粉塵，拋射到平流層中滯留，海洋中大量生物死亡。

極高溫度與極高壓力的沖擊波，將摧毀前進方向上的一切生命物質(zhì)，使得一切可燃燒的物質(zhì)燃燒，引起森林大火甚至全球大火。大火燃燒形成的灰燼與二氧化碳，以及撞擊靶巖濺射出的塵埃及氣溶膠，彌漫于高層大氣中。平流層彌漫著高濃度的粉塵和煙塵，屏蔽太陽光和熱輻射，地面接受的太陽輻射將減少90％，地表急劇降溫，海平面下降，冰雪覆蓋面擴大，植物的光合作用受到抑制，甚至大批植物死亡，以植物為食的動物因食物鏈中斷而死亡；“黑暗的、寒冷的冬天”突然降臨，新的全球性的冰期誕生，加劇生物物種的滅絕。

超高溫超高壓的沖擊波使大氣中的氮氣形成氧化氮，形成強酸雨的沉降，會加速動植物的死亡和對地面的侵蝕。超強的沖擊波和巨型的地震與海嘯，擾亂了地球內(nèi)部物質(zhì)的運動次序，甚至產(chǎn)生地磁極的倒轉(zhuǎn)。極其惡劣的生態(tài)與環(huán)境使大量生物物種死亡與滅絕，曾主宰地球生物界的大型動物及大量海洋浮游生物都難逃劫難。

地球在經(jīng)歷漫長時期的生態(tài)重建后，隨著溫室效應(yīng)的加劇，氣溫的升高，海平面上升，使氣候逐漸恢復正常。某些生物種屬的復蘇和大批新的物種滋生、繁衍，地球又恢復了她的蓬勃生機。

古生物學家經(jīng)過近百年系統(tǒng)地精細研究，確認自古生代以來，地球的生物界經(jīng)歷過多次滅絕事件。根據(jù)生物化石記錄，地球歷史中大約有22次生物滅絕，古生物學家將這些滅絕事件劃分為：大型滅絕——生物科類和種類的滅絕數(shù)分別為>50％和96％；中型滅絕——生物科類和種類的滅絕數(shù)分別為>20％和50％；小型滅絕——生物科類和種類的滅絕數(shù)分別為>10％和30％。

生物滅絕事件不僅導致大量生物物種的消亡，而且造成生物的進化分異與復蘇，生態(tài)重建和生物地理區(qū)系的重組。生物進化過程是生物界在地球系統(tǒng)內(nèi)長期漸變與短期劇變相互交替的歷史。

自上世紀80年代以來，小天體撞擊地球誘發(fā)氣候環(huán)境災(zāi)變與生物滅絕事件引起了科學界的重大關(guān)注。當前比較公認的地球歷史中，最大規(guī)模的生物滅絕事件(距今25億年前的二疊系／三疊系界面)和6500萬年前以恐龍為代表的生物滅絕事件，以及地球新生代以來多次小型生物滅絕事件，主要是由小行星或彗星撞擊地球而誘發(fā)的。新生代以來，至少有6次(距今6500萬年、3400萬年、1500萬年、240萬年、110萬年和70萬年前)小天體撞擊地球，誘發(fā)全球環(huán)境氣候災(zāi)變與生物滅絕。

恐龍滅絕之謎已破解

6500萬年是地球歷史上的中生代與新生代的交界面。

6500萬年前，一顆10公里大小的小行星，撞擊在墨西哥灣尤卡坦半島，形成直徑達220公里的“魔鬼之尾”撞擊坑。上世紀的80年代至90年代初，在全世界100多個地區(qū)的地層剖面中，找到了5500萬年前大型撞擊事件誘發(fā)環(huán)境氣候災(zāi)變、以恐龍為代表的70％的生物物種滅絕的充分證據(jù)。

1981年，我們在西藏崗巴地區(qū)的海相地層中，找到了白堊系和第三系的連續(xù)海相沉積地層。當時的西藏并不是高原，更沒有喜馬拉雅山脈，而是特提斯海，通過三個海相地層剖面的系統(tǒng)采樣和深入的研究證實：

1在白堊系－第三系地層剖面的界面層中，發(fā)現(xiàn)含有大量由撞擊過程產(chǎn)生的熔融狀的玻璃球粒。這些球粒是小行星高速通過大氣層時，在空中爆炸、壓縮空氣所形成的超高溫高壓沖擊波沖擊地面，導致了地面巖石及撞擊體本身熔融、蒸發(fā)并濺射到200公里以上的高空，大量的撞擊熔融球粒彌散于平流層中，從而形成了全球性的沉降。

2在幾厘米厚的界面層粘土中，發(fā)現(xiàn)銥、釕、鈀、銠、鉑、鎳、鉻、鈷等鉑族與親鐵元素含量異常高，比上下層位及地殼的平均值高1至3個量級，表明界面層中有地外物質(zhì)的重要貢獻。通過元素異常的計算，反演出了撞擊體的大小與類型。

3界面層中某些元素的相對比值，顯示出典型的小天體物質(zhì)的特征。

4界面層中發(fā)現(xiàn)，有極少量的、由植物燃燒形成的炭灰。

5界面層中發(fā)現(xiàn)，有由超強沖擊波使地面某些礦物結(jié)構(gòu)更為致密、形成同質(zhì)異構(gòu)的超密礦物，如石英轉(zhuǎn)變?yōu)榭率ⅰ?/p>

6系統(tǒng)測定地層剖面的碳、氧同位素組成，發(fā)現(xiàn)界面層的碳、氧同位素組成有明顯的突變。對氧同位素的系統(tǒng)研究表明撞擊后地球表面的氣溫明顯下降了12±4℃，之后經(jīng)歷近萬年，才逐漸恢復正常。碳同位素的系統(tǒng)研究，表明了大量生物物種的死亡與滅絕。

經(jīng)過全世界科學家對墨西哥灣尤卡坦半島“魔鬼之尾”撞擊坑的不懈探索，通過磁力與重力測量、鉆孔取樣，對靶巖熔融形成的玻璃隕石、熔融球粒、銥等鉑族元素的異常特征、沖擊變質(zhì)礦物等系統(tǒng)而深入的研究，不僅確證撞擊坑的存在，也論證了撞擊體的大小和能量分布，還提出了氣候環(huán)境演變與生物滅絕過程的各種模式。

人類才是地球的保護神

人類為防止小天體撞擊地球，科學家提出并開展了全球聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，早期發(fā)現(xiàn)預(yù)警等措施。科學家們商定建設(shè)全景觀測望遠鏡和快速反應(yīng)系統(tǒng)，由多臺天文望遠鏡組成的小行星觀測網(wǎng)絡(luò)，搜尋環(huán)繞太陽運行并有可能撞擊地球的危險小天體。

根據(jù)對近地小行星運行軌道的觀測，科學家預(yù)報：直徑約320m的阿波菲斯小行星將于2029年4月13日撞擊地球，撞擊能量相當于85億噸TNT炸藥爆炸的能量；2182年9月24日，直徑約560m的1999RQ361小行星將撞擊地球……。

當前提出防御撞擊的思路是改變小天體軌道，使之與地球擦肩而過或炸毀小天體，以減小其撞擊地球的危害性。具體方案主要有：

1利用導彈或核裝置對小天體進行攻擊，使小天體改變軌道。

2在小天體表面安裝一臺大型火箭發(fā)動機或一個“太陽帆”，把小行星從撞擊地球的軌道上推開。

3改變小天體顏色以改變它的反照率和吸熱率，使小天體自行改變軌道。

4用核裝飾直接炸毀小天體，以減小其撞擊地球的危害。

5從可靠性與安全性分析，最佳的選擇是發(fā)射人造航天器，把它調(diào)整到和小天體伴飛，再附著在小天體上，然后用很小的機械力推動小天體，“四兩拔千斤”，使之改變軌道與地球擦肩而過。

隨著當代科學技術(shù)的發(fā)展，人類完全有智慧和能力，防御引起極大災(zāi)害的小天體撞擊地球事件，保護地球的萬物生靈——人類，才是地球的保護神。