第二节 太阳系的威胁

  第二节 太阳系的威胁

  在广袤的宇宙中,太阳系仅居于一个极小的角落,但这是我们人类的家园,我们居住的地球属于太阳这个恒星体系中的一颗小小的行星。

  站在太阳北极上空,可以看到太阳系的所有八颗行星都一致地沿着同一方向逆时针绕太阳旋转,它们的轨道几乎在同一平面上,这个平面称为黄道面,它们的轨道说是椭圆,其实近乎圆形。

  八颗行星的组成成分差别很大,但却可以分为两类,一类称为类地行星,它们是水星、金星、地球和火星,是由岩石、金属组成的固体星球,它们密度高,旋转较慢,卫星少,就如同地球一样;另一类称为类木行星,有木星、土星、天王星、海王星,它们体积大,质量重,但密度很低,就像木星一样,主要由氢和氦等物质组成,它们旋转快,卫星多,还有环。

  地球作为太阳系的第三颗行星距太阳1.5亿公里,最外围的海王星距太阳则达45亿公里,但这远不是太阳系的疆界,在海王星之外还有矮行星(如冥王星)和许多小的天体,以及星际物质。

  在太阳系中各行星的卫星也是很重要的天体,目前已经确认了的卫星总数达139颗,而且还有许多有待进一步确认的卫星。虽然我们地球在太阳系中只是一颗较小的星球,但地球的卫星月球却是一颗较大的卫星,它的直径3500公里,质量7.35×1032公斤,在太阳系的各卫星中排名第5。

  四颗类木行星拥有的卫星达136颗,囊括了太阳系中绝大部分卫星。类木行星表面都为液态的氢和氦,就如同一个“水球”游荡于太空,但它们的卫星却主要由岩石和金属等重物质组成。太阳系中最大的卫星是木卫三,直径达5300公里,比水星还大。第二大的卫星是土卫六,也名泰坦,它的直径为5100公里,是一颗很受人们关注的卫星,因为它表面有一层稠密的大气,是太阳系中唯一有丰富大气的卫星。还有一颗备受关注的卫星是木卫二,也称欧罗巴,它的直径仅为3100多公里,比月球还小,但表面80-170公里的厚度之内全部都是由固态(也许是液态)的水组成。

  当然,人们最为关注的卫星还是我们地球的卫星月球,它的体积为地球的2%,质量为地球的1.23%,距地球的平均距离为38.4万公里,绕地球公转一周为27天7小时43分,由于它的自转与绕地球公转的周期刚好吻合,因此它总是以同一面朝向地球。它的表面主要由岩石组成,没有大气和液态水,白天平均温度高达107℃,夜间平均温度则低于-153℃。

  在太阳系中还有许许多多的小天体,如矮行星、小行星、彗星和流星体,由于它们实在太多,以至不可能具体统计。另外,还有星际尘埃和星际射线,它们都是组成太阳系的一部分。

  一、太阳的威胁

  (一)太阳演变为红巨星

  太阳的质量为2×1030公斤,直径为139万公里,它的组成71%为氢,27%为氦,另外2%为碳、氧、硅、铁等元素。

  太阳作为一颗恒星已经有50亿年的历史,50亿年来,它的光辉照耀着我们,温暖着我们,人类生存的首要保障属于太阳,离开了太阳的光辉,地球将是一颗冰冷、死寂的星球。

  人类对于太阳的崇拜自古便有,人们担心太阳落下去后再也不会升起,于是虔诚地祈祷,恳求太阳不要丢下人类而去。在各民族的宗教信仰中,太阳从来都是以神的面目出现,至高无上,主宰万物。

  太阳作为一个天体从神坛走下来,是人们对天文观测不断深入的结果。哥白尼提出的日心说,客观上否定了宗教教义以神为中心的思想。基督教会一直宣扬太阳是完美无缺,无懈可击的,可是伽利略以自制的望远镜却发现了太阳黑子的存在,这更进一步冲击了关于太阳的迷信,说明太阳只不过是一个普通的天体。

  太阳每秒钟产生的能量相当于燃烧120亿吨煤,相当于全世界发电总量的几十万倍,地球只得到了它光辉的不到22亿分之一,但这足以维持地球的生态,使地球成为一颗美丽宜人的星球。

  关于太阳的能源一直是科学家关注的课题,自古以来,在人类的燃烧经验中,从来都没有脱离化学燃烧的概念,不论燃烧煤、石油,还是树木,都是以原子移位产生化学能所致,根据人们了解到的燃烧值最高的燃料进行计算,太阳就此不停地燃烧下去,燃烧期不过数千年,最为乐观的估计也不过数十万年。以此为依据,人们得出了许多错误的结论,例如:认定的地球历史以及人类和生物历史都大大小于实际的时间长度。进一步推断,对于人类的未来也极其悲观,因为太阳的命运决定着地球和人类的命运,如果太阳在数千年内熄灭,无疑人类将无法生存,这也是说,人类在几千年后就会灭绝。

  然而,对地球地壳的研究,以及对古生物的研究表明,地球的年龄和地球上生命的历史要远比人们想像的长得多,而后通过天文观测也了解到,恒星的实际历史比之过去的理解相差万里,于是,人们对太阳的能源产生了怀疑。

  早在19世纪60年代,科学家根据光学分析就已经了解到太阳的主要成分为氢,19世纪末元素放射性的发现,科学家认识到了自然界存在一种我们过去从来不知道的能量,这就是核能。之后对核能的认识不断突破,尤其是爱因斯坦著名的质能公式的提出,从理论上确立了核能的存在,以及能量与质量的关系。进一步的观测与研究表明,太阳内部有超过千万度的高温,这就说明,在太阳核心的极高温度下,原子核的剧烈运动完全可以冲破原子核之间电磁力的排斥。于是,20世纪30年代,科学家终于得出结论,相信太阳内部正在进行热核反应,太阳的光和热是由核能来提供的。而且,其他恒星的能源也来源于核能。

  今天,我们对太阳的认识已经达到相当高的程度,以至于作如下的阐述有足够的把握:

  我们的太阳作为一颗恒星诞生于大约50亿年之前,太阳的前身是一个巨大的热气团,基本上可以确定,这个热气团是宇宙中第二代或者第三代大恒星爆炸后的遗迹。通过亿万年的演化,热气团最后通过自己的引力形成了自己质量密集的中心区域,而后又形成了一颗原始的星球,这个星球继续通过自己强大的引力吸收周围的物质,并最后点燃了核心部位的氢原子,这就是太阳作为一颗恒星的诞生。

  太阳在主星序上停留的时间大致有100亿年,目前,它的氢原子已经燃烧了50亿年,之后还能够燃烧50亿年,这是太阳稳定温和的时期。但是,50亿年之后,太阳内部的氦原子将被点燃,太阳将会变成一颗巨大的红巨星。氦燃烧还会继续10亿年,当氦燃烧尽后,太阳将会安静地变为一颗白矮星,它虽然有余热,但内部却再没有核燃烧,而后便会随着时间慢慢地自然冷却。

  在太阳演变成红巨星时,由于新的太阳的直径比原太阳的直径将大出100倍以上,因此会迅速把水星、金星吞噬,并最终吞噬地球,我们这颗孕育了生命的行星——地球将不复存在,人类的家园就此消失在宇宙。

  站在亿万年的长远角度考虑外在力量对于人类整体生存的威胁,那么,在50亿年后,太阳离开主星序演变成红巨星便是一个确定无疑的威胁。实际上,在由主星序恒星演变为红巨星的过程中,大概有近亿年的时间太阳就已经不是那么稳定了,在这一过渡期,地球会不断地遭受太阳的袭扰。

  地球的生态是十分脆弱的,太阳上的一些小的变化对于太阳本身可能只是一个“小感冒”,但对于地球生态和人类则是灾难性的。地球的平均气温升高或者降低10度,对于太阳只要使一点小劲就可以轻易地做到,而作为地球生态则会受到巨大的影响。如果平均气温升降达三四十度,地球生态将会完全遭到毁灭,而对于太阳,要做到这一切同样不会很难。

  在过渡期的这1亿年中,太阳正是处于这种“感冒”状态,而且是“重感冒”。这时的人类必须得考虑搬离哺育了自己,并生存了数十亿年的家园——地球。更远一些的星球,例如火星也许可以改造成一个可以暂时居住的地方,但这只是一个临时的寄居之地。而当太阳演变成一颗红巨星时,太阳的火焰将一直向四周扩散,并最终吞噬地球,火星也将不可能居住,人类则要继续考虑向外搬迁。这时,木星或者土星的某颗卫星或者某几颗卫星也许可以改造成可供人类居住的地方,但其外部环境却已经变得非常恶劣。

  那么,当太阳最后变为白矮星的时候,人类在太阳系便将不可能继续生存。虽然炽热的白矮星在冷却过程中也可以向外辐射光和热,但是它的辐射能量极其有限,也许在今天水星的位置刚好可以享受这样的光辉,但水星在太阳变为红巨星时已经被吞噬了,因此,这是人类必须搬离太阳系的时候,除非人类可以移动一颗星球靠近白矮星,或者生活在人造天体上。况且,白矮星也不是一颗长久可以依赖的星球,它会慢慢地冷却,直到完全失去光和热。

  事实上,人类从过渡期开始可能就根本不能够再在太阳系生存,因为这时太阳已经很不稳定,总处于剧烈的变化中,人类完全无法准确地把握它的规律,而其中只要有一次猛烈的变化,便能够彻底毁灭人类。

  (二)太阳活动的影响

  那么,在太阳停留在主星序上的未来的数十亿年中,我们就可以完全信赖它吗?它会不会有一天突然出一些毛病,大大地危害人类一次呢?我们对太阳是否真正了解,并有根据地说没问题?要回答这些,必须进一步地了解我们的太阳。

  太阳从里往外分为核心、辐射层、对流层和太阳大气。太阳大气又可分为光球层、色球层和日冕,这三层不是截然分开的,而是彼此渗透。太阳对流层及其以下部分通过天文望远镜不能直接看见,它们的性质只能通过观测资料和相关的理论计算来确定。

  太阳的自转方向自西向东与地球的自转方向相同,太阳是一颗气体星球,因此,它的自转周期不像地球这样的固体星球是恒定的,而是不同的纬度自转周期不一样,在太阳的赤道上自转一周需25天,越向极区自转越慢,在纬度45°处自转一周为28天,纬度80°处则达34天。为了研究方便,人们一般选取日表纬度17°处的自转周期代表太阳的自转周期。

  我们看到的日轮表面是太阳的光球层,人们通常所说的太阳直径就是以光球层作为标准的。光球层厚约500公里,温度约5700K。光球层外的色球层则厚达2000公里,这里物质稀薄,但温度却很高,它下层温度约4500K,而外层温度可高达10万度以上。色球层上面是物质更为稀薄的日冕,它向外延伸达数百万公里,温度则高达百万度以上。这里是完全被电离的气体层,这种气体是由质子、被电离的离子和电子组成,这些高能带电粒子源源不断地由太阳向太空发射,有如一股强劲的风,因此称之为太阳风,太阳风可以加速到每秒600公里左右,是稳定的粒子辐射。太阳风进入地球大气层时,与地球磁场和大气相互作用,形成美丽的极光。

  太阳表面气体有剧烈的振动,在垂直距离上振动幅度达几十公里,振动速度最高可达每秒上千米,振动范围水平方向可达几千公里到几万公里,这种振动来自太阳内部的声波的推动。振动很有规律,以大约5分钟为周期连续不断,因此又称5分钟振荡。可以想像,范围超过地球表面积,垂直幅度达几十公里,以极快速度的起伏振动,同时伴随着惊天动地的咆哮,是一种何等摄人心魄的壮观场景。

  太阳对地球产生直接影响的因素主要是太阳的表面活动,这些表面活动主要包括黑子、耀斑、日珥和太阳风。

  人们不借助仪器也可以观测到太阳光球上常有黑斑点出现,这些黑斑点就是太阳黑子,2000多年前中国人最早记录了太阳黑子。太阳黑子常常成双成对形影不离,并自西向东与太阳自转方向一致地绕太阳旋转,从形成到消失少则几天,多则几十天。黑子的中心温度约4500K,比光球表面约低1200K,对比之下所以显示出黑色。黑子一般呈椭圆状,小黑子的直径有几公里,大黑子直径则可达几万公里,有时黑子成群出现,连成一片可达几十万公里。一般认为,太阳黑子的出现是太阳磁场作用的结果。黑子的活动具有明显的周期性,有时出现频繁,有时很少出现,平均周期为11年。

  耀斑是在色球层出现的局部闪亮区域,这是在很短的时间内太阳能量的集中爆发。太阳耀斑爆发所释放的能量超过上千万倍地球火山爆发的能量,耀斑爆发时,辐射的从射电波段直到X射线的全波段的能量突然增强,在很短的时间内抛出大量的带电粒子,并可以把太阳风加速上百倍,对地球上的短波接收、卫星通信、航空飞行等都会造成影响。

  日珥是从色球层内爆发出的一股强劲的氢气流,这股氢气流燃烧成红色的火焰,直冲数十万公里。一般认为,日珥是太阳磁场突然发生变化的结果,或者是因为氢气流不断发生变化所产生的。

  耀斑与日珥的活动都与黑子的活动有密切的关系,太阳黑子的活动已经被认为是太阳活动强弱的主要标志。

  地球的生态与太阳的活动是密切相关的,当耀斑爆发时,强劲的太阳风对地球磁场产生强烈干扰,称为磁暴。地球上的短波通信,是通过地表上空五六十公里处的电离层进行反射传播信息的,磁暴发生,电离层的离解度急剧增加,导致电离层不能正常地反射电磁波,并且会吸收电磁波,造成信号的衰减,使得短波通信中断。

  磁暴还会影响地球高层大气的化学结构和动力学状态,长期的磁暴袭扰,会很大程度地影响地球的气候,导致洪涝灾害或者旱灾。根据对全球气候的分析,气候的变化周期大约为22年,这与太阳的磁周期是一致的。

  近年,人们对太阳活动与地球地震的相关性产生了浓厚的兴趣,通过对多年来全世界地震活动周期进行分析,地震周期为11年,与太阳黑子的活动周期完全一致。关于太阳活动对地震影响的原因,有科学家认为,当太阳活动的高峰年,太阳风对地球的能量冲击比正常情况下高得多,使得地球的岩石层产生受压放电,并在交变电磁场下产生伸缩振动,使得原来已经积聚了应力的岩石层在发生共振时断裂和错位,从而引发地震。

  树木的年轮能够准确地记载树木的生长时间,也可以记载不同时期树木生长的周围环境。科学家通过对千年古树碳14含量的分析发现,碳14在不同时期年轮中的含量也呈周期性变化,这种变化与太阳黑子的活动周期完全吻合。这是因为碳14是由照射到大气中的宇宙射线产生的,太阳的磁场可以对地球起保护作用,使地球大气免遭宇宙射线的攻击,因此太阳活动频繁时太阳磁场增强,碳14减少,反之则增多。

  在对古树的进一步研究中还了解到,太阳活动频繁年份年轮宽,说明树木生长快,反之,太阳活动低谷年份年轮窄,说明树木生长慢,这一点也证实了太阳活动对地球生物的影响。根据历史统计,农作物的生长也符合这一规律。

  太阳的活动还与人类的身体健康密切相关,17世纪流行于欧洲的鼠疫,使欧洲人口死亡近三分之一,其原因就是太阳黑子活动极少(从1645年到1715年的70年间,记录到的黑子数比现在一年的黑子数还少),农作物减产,老鼠在缺乏食物的情况下窜入城市,引发了大规律的流行病。

  太阳活动与人类的疾病除上述间接关系之外,也有直接的关系。除17世纪欧洲鼠疫这样的特殊事件,一般而言太阳活动频繁更不利于身体健康,例如,太阳活动强紫外线明显增强,且地球磁场受扰动强烈,因此容易影响心血管功能。太阳活动峰年细菌繁殖快,因此流感、白喉等流行疾病发病率高。根据俄国科学家的研究,历史上霍乱大流行基本上都发生在太阳活动峰年。目前已经有许多科学家专门致力于研究人类身体与太阳活动的关系,以防止疾病的发生。

  虽然可以肯定,太阳的活动完全可以左右地球的生态,太阳不仅可以哺育地球生命,也可以伤害地球生命,但以上的一切因素都不可能危及人类整体的生存,对于这一点是有充分把握的。

  这一结论不是对太阳十年、百年的观测所得,也不是千年、万年经验的总结,而是50亿年来的历史证明。在过去的50亿年中,太阳以它的温暖与和善,把地球从一个环境恶劣的星球改造成了一颗美丽宜人的星球,它使地球从一片死寂中苏醒过来,终于在38亿年前孕育出了第一批生命,那是最简单的微生物。就此起步,生命在太阳的光辉中不断进化,从未间断,直到5.3亿年前大型复杂生命在海洋中出现,而后4亿年前生命走向陆地,600万年前猿类跨入人类的门槛,以及近5万年前人类完成自己的进化。

  50亿年来太阳从没有辜负过我们,仅从这一点我们就可以完全有理由相信,未来50亿年继续停留在主星序上的太阳也同样不会辜负我们。这一结论,从天文学家对宇宙中其他类似太阳的恒星的观测,以及根据现有科学理论的分析都可以得到确认。

  (三)地球撞向太阳

  排除了太阳的上述两种威胁之后,还有一种威胁也应该提及,这就是太阳是否可能会有一天把地球吸引过去,将其吞噬呢?

  这其实是一个很简单的问题,太阳之所以可以控制地球围绕自己运转,是太阳对地球有引力,地球之所以不会撞向太阳,是地球围绕太阳有公转速度,因此有离心力。地球运转在现在的轨道上,是因为正好在这里,太阳对地球的引力与地球对太阳的离心力平衡了。要改变这种平衡,唯一的办法就是要改变地球的运转速度,而要使地球撞向太阳必须要有把地球的公转速度降为接近零的力量。什么样的力量才能使地球的公转速度产生如此大幅度的改变呢?除非有一颗与地球相当的星球撞击地球,才能够达到这种可能,然而,当地球受到一个可以改变自己运转轨迹的天体撞击时,地球上的生命在遭撞击的那一刻起就已经完全毁灭。关于这种情况的不可能性在前一节已有过相关的讨论,在稍后还要进行讨论。

  实际上,地球不一定撞击太阳,只要与太阳的距离有较大的变化就有可能导致地球生态的整体破坏,距太阳远一些或者近一些都是如此。那么,要使地球偏离现有的轨道,同样要改变地球的运转速度,如果没有很大的天体撞击,或者比地球还要大的天体近距离的扰动,地球照样不会被改变。显然出现这种可能的几率极小,而且现在根本看不到这种迹象。

  二、地外天体的撞击

  1609年,伽利略通过自制的望远镜在对月球的观测中发现,月球上有许多大小不同的环形山,这一发现引起了许多争议,一些人认为月球上有许多火山,这些环形山就是火山口;另一种观点认为,这些环形山是天体撞击的结果。

  月球的环形山之谜在300多年后彻底解开了。1957年10月4日,苏联将第一颗人造地球卫星送入地球轨道,紧接着,1961年4月12日,又将宇航员尤里•加加林送上了太空,从而开创了人类的太空时代。人类对太空的探索事业迅猛发展,1969年7月20日,阿波罗登月计划,美国第一次将宇航员送上了地外星球。以后人类多次登上月球,而人类的航天器已经对太阳系的所有行星以及它们的部分卫星进行过近距离观测,其太空装置也已着陆了火星、金星以及木星和土星的卫星,并得到了大量的照片与资料。

  从得到的资料和照片可以准确地分析,分布于月球上的这些环形山是天体撞击的结果。不仅月球上有这些撞击的环形山,诸如水星、火星及其卫星,还有其他可以观测到的岩石星球的表面都有这样的天体撞击痕迹。

  其实,在地球上也能找到这种天体撞击的证据,目前,在地球上已经发现了一百多处较大的撞击痕迹,只不过地球是一颗生态星球,由于年代久远,这些痕迹已经被空气和雨水侵蚀得面目全非,只能模糊地辨认。这一切都说明,地球也像任何其他星球一样,会遭受太空天体的撞击。

  1994年7月,全世界天文爱好者通过天文望远镜,目睹了彗木相撞的天文奇观。苏梅克-列维9号彗星在木星上空被木星巨大的引力撕裂成21块碎片,这些碎片以每秒60公里的速度撞向木星产生爆炸,形成巨大的火球与闪光,并在木星大气中形成了一连串的黑斑。这样的撞击每一次都相当于10万颗核弹爆炸的威力,如果发生在地球上,地球的整体生态将会遭受极大的破坏,人类的生存将会受到严重的威胁。

  但是,这次撞击相对于地球上曾经遭受的撞击肯定不是最大的。6500年前,曾经横行于地球的庞然大物恐龙,它的灭绝许多人都认为是小行星撞击地球的结果,并相信一颗直径15公里左右的小行星撞击了墨西哥的尤卡坦半岛。目前,科学家正在对尤卡坦半岛上埋在沉积岩下的一个估计直径达180公里,深度达900米的撞击坑进行研究。那么,如果人类生存在那个年代,也应该会遭受一场大的劫难。因此,要研究人类的整体生存,必须要研究地外天体的撞击问题。

  太阳系范围内可能存在的天体撞击有小行星、彗星、陨星和流星。由于流星是由很小的地外物质组成,在进入大气后便会与地球的大气发生摩擦燃烧,到达地面之前一般都会燃烧殆尽,不会对人类构成威胁。因此可以不考虑这一因素对人类的威胁。这里我们只讨论小行星、彗星和陨星的撞击。

  (一)小行星撞击

  小行星也如同我们地球一样绕太阳公转,但它的体积却很小。太阳系的小行星很多,它们主要集中在两个区域,一个是冥王星轨道附近的柯伊伯带,另一个是在火星与木星之间的小行星带上。由于柯伊伯带离我们十分遥远,那里的小行星根本不可能危及我们的安全,在科学家研究小行星的威胁时,一般都不考虑柯伊伯带的小行星。

  人们最早发现的小行星(矮行星)是谷神星,它是1801年元旦被天文学家发现的,迄今为止,它也是我们发现的小行星带上的最大的小行星(矮行星),直径约1000公里。但它仍然离我们十分遥远,处在小行星带上,在火星与木星之间的轨道上绕太阳运转,不会对我们构成威胁。

  谷神星被发现之后便不断有新的小行星被发现,在照相巡天观测技术得以应用后,今天,人们通过巡天观测照片统计,大致估计太阳系的小行星总数超过50万颗(除柯伊伯带及其外侧的小行星),它们大多体积很小,虽然数量众多,但总量加起来也不到地球质量的万分之五。这些行星绝大部分都处在小行星带上,区域在2.17-3.64个天文单位(天文单位是指地球与太阳之间的距离,一天文单位约1.5亿公里)。因此,小行星带上的小行星都是距我们非常遥远的,一般不可能对我们构成威胁。但是,小行星由于体积小,质量轻,易受大行星的扰动,造成轨道变化的可能性较大,这就要求我们对距离遥远的小行星带也要给予相当程度的关注。

  关于太阳系的小行星为什么主要集中于火星与木星之间,许多科学家认为,这是因为木星的引力将原来在内圈的小行星吸引过去的原因,因为木星是太阳系最大的行星,相对于内圈的行星,它的引力要大得多。

  也有少数小行星非常特殊,它们远离小行星带,近的跑到了地球轨道内侧,远的则跑到了土星轨道的外侧,特别是有些小行星距地球很近,称之为近地小行星。我们真正关心的是这些近地小行星,它们比小行星带的小行星对我们的威胁大得多。

  虽然在有文字以来,人类还没有过小行星撞击的记录,但面对那么多我们周围的小行星,以及参考我们对宇宙天体的观测经验,还是认为小行星是十分现实的威胁,它相比前节所说的宇宙的威胁以及太阳变为红巨星的威胁似乎就近在眼前。而且真正一颗足够大的小行星撞击地球完全有可能灭绝人类,即使一颗比较大的小行星撞击地球也有可能给人类带来极大的危害,因此,几个主要的大国都有相当大的投入用来观测和研究小行星。例如美国国会就要求美国宇航局必须对所有直径超过1公里的小行星进行记录并分类。

  一般对近地小行星分为三类,一类称为阿托恩小行星,它是指轨道半径小于一个天文单位,但远日点大于地球的近日点,经常位于地球轨道内侧的小行星;二类称为阿波罗小行星,是指轨道远日点位于地球轨道外,近日点位于地球轨道内的小行星;三类称为阿莫尔小行星,是指轨道位于地球和火星之间,近日点距地球轨道很近(轨道近日点为1.017-1.3个天文单位)的小行星,阿莫尔小行星经常穿越火星轨道,但不会穿越地球轨道。

  目前我们已经发现并有编号的近地小行星接近3000颗,其中直径超过1公里的约1100颗,而最大的则是著名的爱神星。

  爱神星是一颗阿莫尔小行星,其轨道处于地球和火星之间,直径22公里。像这样一颗小行星真的撞击地球,将会极大地影响全球的生态,许多物种都会遭到灭绝,人类的生命不仅会遭受很大的毁灭,而且人类的文明成果也会遭到极大的破坏。好在我们对这颗小行星已经有充分的了解,由美国宇航局发射的专门探测爱神星的NEAR—苏梅克无人探测器,于2000年2月14日进入环绕爱神星的轨道,在成功地进行了一年的近距离探测后,又于2001年2月12日顺利地着陆爱神星,对其进行了非常成功的研究。

  然而,并不是所有的近地小行星我们都像爱神星那么了解,尤其是那些体积很小的小行星我们更是对其情况掌握得很不充分。2004年3月18日,小天体2004FH从地球上空4.3万公里(比地月距离近了10倍)飞过,天文学家在飞越前3天才发现它,这颗直径30米的天体如果刚好撞在一座中型城市,这座城市必定会被毁灭。

  无独有偶,就在这件事发生仅仅两周之后,一颗直径为10米的小天体2004FU162在距地球仅6500公里的上空飞过,而在飞越前仅数小时才被发现。当然,这颗小行星要是撞击地球,多半会是在半空就已经解体,掉到地面时已经是陨石雨,不会构成大的威胁。

  实际上,上述两个天体严格地说还不能称为小行星,因为一般而言,人们对小行星与陨星以直径50米划界,大于50米称为小行星,小于50米称为陨星。

  有些距地球极近的小行星要是真的撞上地球是有可能带来毁灭性危害的。1989年3月23日,直径达300多米的小行星1989FC在距地球40万公里的上空飞过,它离地球的距离仅比月球稍远一些,如果撞上地球将是有记录以来最大的灾难。2006年7月3日,阿波罗小行星2004XP14与地球擦肩而过时,距地球仅为43.2万公里。

  据观测分析,小行星(29075)1950DA将会在2880年从地球表面很低的地方飞过,如果其轨道稍有小的变化便有可能撞向地球,这颗直径达1.4公里的小行星要是撞上地球,给地球带来的灾难可以影响全球的生态,几万平方公里范围的大量生物(包括人类)将大部分被毁灭。好在还有800多年,我们还有足够的时间对这颗小行星的轨道进行重新评估,也有足够的时间来应对它的撞击。

  (二)彗星撞击

  彗星由岩石、冰冻的水和二氧化碳、尘埃以及各种杂质组成,是一种质量较小的天体。将彗星的物质完全压缩在一起,大彗星的直径也不过数十公里。

  彗星的核心部分称为彗核,外围的云雾状包层称为彗发,当彗星接近太阳时,强劲的太阳风和太阳的辐射压力将彗发推成长长的彗尾,彗尾的长度短则数万公里,长则上亿公里。彗尾物质非常稀薄,其密度仅有地表大气的数亿亿分之一。

  彗星的运行轨迹很难把握,不仅有椭圆状轨道,还有抛物线和双曲线轨道。而且,彗星的轨道很容易受到途经的行星和远处的恒星的影响,因此,一些彗星的轨道不断地变化,有的彗星一去不复返,还有一些新的彗星莫名地来到太阳系。

  太阳系中的彗星很多,但科学家观测到的只有1600多颗,而且只有少部分彗星的轨迹已经被掌握。彗星的运行周期差距也非常大,短的只有几年或者100多天,长的可达几千年甚至上万年。我们对周期小于200年的彗星称为短周期彗星,反之称为长周期彗星。短周期彗星轨道大多与黄道面在同一平面,规律相对也好把握一些;长周期彗星则一般都与黄道面有一定倾角,有的倾角甚至超过100°,且规律更难把握。

  彗星本身是不稳定的,每一次掠过太阳时,太阳风都会将它的物质吹散一部分到太空,于是,彗星的质量越来越小,最后只剩彗核,而一些完全由冰块和尘埃组成的彗星还有可能最后完全消失。

  彗星也有可能被太阳或者行星的引力裂解,著名的比拉彗星就是一个例子,它绕太阳的公转周期为6.6年,1846年1月13日比拉彗星突然分裂成两颗,以后它们再返回时也是以两颗彗星同时返回,但在1859年之后,它们则消失了,而后,在它们的轨道与地球轨道相交的地方却出现大的流星雨,这说明比拉彗星被彻底瓦解了。

  大的彗星在撞击地球时,对人类的威胁是显而易见的。目前为止,有记录的最大的一次彗星撞击是在1908年6月30日发生的,这天早晨,在俄罗斯西伯利亚的通古斯上空发生了一次剧烈的爆炸,在1000多公里之外都看见巨大的爆炸火球,也能听到爆炸声响,爆炸的冲击波将几百平方公里范围内的森林全部推倒并燃烧,森林的动物完全死光,包括一大群在此觅食的驯鹿。所幸这里荒无人烟,因而没有人员死伤。科学家之后考察这里时除发现烧焦的土地以及死去的动物之外,没有发现任何陨石与陨石坑,因此推断,这是一颗完全由水物质组成的彗星,这颗彗星在进入地球时,与大气发生摩擦产生极高的温度,它猛烈的蒸发使彗星在距地面10公里左右的上空发生了剧烈的爆炸。

  相比较大的小行星,彗星的撞击对人类的灾难性影响稍小一点,但大的彗星撞击,也足可以使人类整体遭受巨大的损失。

  近地彗星比近地小行星少得多,而且它们一般都有长长的彗尾,也便于观测。今天我们已经观测到的近地彗星已有50颗左右,这一数字远远低于近地小行星,似乎彗星撞击地球的几率要小得多,但其实不然。彗星最突出的特点就是它极易受太阳与大的行星的扰动而变换轨道,而且在太阳系最边沿的彗星都有可能莫名其妙地跑到太阳系内侧,所以彗星撞击的几率甚至比小行星还要大,且防不胜防。因此,近年来科学家对彗星的研究越来越重视。

  关于太阳系彗星的起源有许多观点,最著名的是原云假说。上世纪50年代,荷兰科学家奥尔特根据计算,发现长周期彗星的轨道的长轴半径在一个固定的区域范围之内,于是他提出,在遥远的太阳系的边沿地区有一个彗星库,也称为彗星云或者奥尔特云,他认为这里有上千亿颗彗星,这些彗星处于太阳和其他恒星之间,由于受恒星引力的作用,一部分彗星进入太阳系内部,而后又被木星这样的大行星的引力作用,它们中的一些变成了短周期的彗星,另一部分则被抛出了太阳系。当然,这仅仅只是一个假设,并没有被证实。

  (三)陨星撞击

  陨星又称为陨石,有铁质的陨星、石质的陨星,或者混合物质的陨星,它们是分布于太空中的规律很难把握的小天体。它们的数量极其巨大,不时地闯入地球,小的在与大气的摩擦中还没有到达地面就被燃烧尽了,大的则落到了地球上。据估计,由太空闯入地球的物质每年达10万吨左右,但绝大部分由于体积很小,在大气中就燃烧殆尽,只有少量的陨星落到了地面。

  最近的一次大的陨星撞击发生在2002年6月6日,一颗直径约10米的陨星在进入大气层后在空中爆炸,根据次声测量,它的爆炸当量相当于2.6万吨TNT,与广岛原子弹的当量相当,它发生在地中海上空,因此地面没有留下痕迹。

  地球上发现的最大的石质陨星在中国的吉林,重1770公斤,最大的铁质陨星则在非洲的纳米比亚,重60吨。历史上记录的最大的陨星雨发生在1976年的中国吉林,这是因为一块较大的陨星进入地球大气后,与大气摩擦产生高温而发生爆炸,于是以陨石雨的形式落到了地面。

  较大的陨星撞击地球时会留下陨石坑,最著名的陨石坑是美国的亚利桑那陨石坑,它直径达1240米,深达170多米,据科学家分析,这是2万年前,一颗直径60多米、重10多万吨的铁陨星,以每秒20公里的速度撞击地球的结果。实际上这一陨星按今天的划分标准已经算得上一颗小行星了,但人们还是习惯称其为陨石。

  历史上很少有陨星伤人的记录,2004年6月,在澳大利亚,有一块几公斤重的陨铁穿破一居民家屋顶砸在了家里的沙发上,而在半小时之前,家中的小孩还躺在沙发上睡觉。2007年1月,美国新泽西州的一所民居也遭到了一块不到半公斤重的陨石的穿透,但没伤人。另外据报道,在美国的亚拉巴马州,曾有一颗陨星砸伤了一位妇女的大腿。

  陨星虽然频繁地撞击地球,也难以预测,但由于它们的体积很小,重量也很轻,因此不可能对人类的整体生存构成威胁,但是,要是一颗直径达四五十米那么大的陨星刚好落在某个城市,这座城市就会遭受灭顶之灾。所幸城市的区域面积远小于广阔的农村和无人区域,这也是陨星为什么极少伤人的原因。

  (四)对地外天体撞击的综合分析

  今天,人们对宇宙的认识越来越深入,对于地球的形成其意见也越来越统一,地球最早只不过是一颗稍大一些的小行星,经过无数次天体的撞击,这颗小行星不断变大,并最终形成了地球。

  46亿年来,地球在自己的轨道上绕太阳公转了40多亿圈,在这一轨道上有可能与自己相撞的较大的天体早已经被扫清得差不多了,随着地球与太阳系的不断稳定,这样的撞击机会只会越来越少。但是,这种机会不论多小,撞击早晚有一天会发生。

  以小行星、彗星和陨星对人类的威胁而言,尤其以小行星和彗星的撞击破坏力为大,如果一颗大的彗星或者一颗较大的小行星撞击地球,至少地球的整体生态会遭到严重破坏,人类的生存也会遭到巨大伤害。而当一颗直径达到足够大的小行星撞击地球时,整个人类都有可能惨遭灭绝。我们不能因为这样的事几率小就去忽视它,因为人类只要赶上这么一次,其损失就不可能再去弥补,况且,这样的撞击非常现实地存在。

  到底地外天体的撞击对于人类威胁有多大呢?许多科学家对此都进行过深入的研究,但观点却相差较大,不同的人有不同的结论,在综合了多种不同的观点后,可归纳出如下的结论:

  1、越是大的天体撞击的几率越小,而且随着太阳系的每一个大型天体(包括地球)数十亿年在自己的轨道上反复运转,多次扫荡,这样的撞击频率只会越来越低。

  2、对于不同规模天体的撞击频率和危害可以作如下估计:

  ①一颗直径在80米左右的天体撞击可能在100年发生一次,这样的撞击可以造成几百平方公里范围内的生命大量被毁灭,而上万平方公里范围内的生态都会受到影响;

  ②一颗直径在800米左右的天体撞击可能在2000年发生一次,这样的撞击可以造成上万平方公里范围内的生命大量被毁灭,而上百万平方公里范围的生态都会受到影响;

  ③一颗直径在3公里左右的天体撞击可能在1000万年发生一次,这样的撞击可以造成一二十万平方公里范围内的生命大量被毁灭,而全球范围的生态都会受到影;

  ④一颗直径在10公里以上的天体撞击可能在7000万年发生一次,这样的撞击可以造成全球许多生物物种的灭绝,全球生态遭受极大的破坏,许多年之后才会恢复;

  ⑤一颗直径达100公里以上的天体撞击要在数亿年才能发生一次,这样的撞击可以毁灭全球生态,灭绝人类和人类文明。

  3、最可怕且比较现实的天体撞击是爱神星的撞击,它是近地天体中最大的一颗,作为直径达22公里的小行星,如果撞击地球,将会导致大量人员死亡,地球生态整体遭到破坏,人类文明遭受极大的摧残。但是爱神星的撞击不会导致人类灭绝。而且从目前看来它并没有撞击地球的迹象,且我们对这颗小行星有很可靠的跟踪观测。

  事实上,今天我们对地外天体的撞击已经具备了相当的防范能力。太空观测技术的发展,已经可以使我们越来越详细地掌握太阳系天体的分布与运行情况,特别是对于那些规模较大,可能对人类整体生存构成威胁的天体,掌握的程度更是越来越高。而航天技术的发展,则使我们遨游于太空的能力变得越来越强,人类已经登上了月球,继续登上火星或者其他星球,在本世纪都将是完全可以实现的。至于核弹头的爆炸,不仅可以摧毁一颗较大的天体,也可以改变它们的运行轨道。而且,不仅航天器可以将这些核弹头准确地送入纵深的太空,洲际导弹也可以把它们送入地球附近的太空。因为有以上的各项条件,于是,以人类的力量拦截有可能撞击地球的天体,便变得越来越可能。

  科学家非常乐观地估计,只要提前几年预测出有可能撞击地球的天体,就完全可以改变它们的轨道,使其远离地球而去。如果提前几十年预测出这样的天体,用航天器将普通炸药送入太空,轻微地改变天体的轨道,便可以使地球免遭撞击。因此,只要人类更进一步提高自己的观测能力,完全避免小天体的撞击是一件非常现实的事。

  实际上,科学家对于应对天体撞击地球还有多种考虑方案,有人提出可以用激光让小行星减速,从而改变其轨道;还有人提出可以推动一颗更小的小行星撞击有可能撞向地球的较大的小行星,使其改变轨道。

  很值得一提的是,美国宇航局正在实施一项防止小行星撞击地球的计划,这一计划称为“怒汉”项目。它是将称为“怒汉”的装有核动力的机器人发射到有可能撞击地球的天体上,而后,机器人像打桩一样把自己固定在天体上,并利用电磁技术将推力始终作用于天体,使天体渐渐地改变其轨道。

  在谈到天体撞击的问题时,还应考虑月球对地球的威胁问题,即月球要是有一天改变其轨道撞向地球该怎么办?那么,要回答这个问题,首先要介绍的是:总的趋势,月球离地球正逐渐远去,而且在10亿年之后有可能彻底脱离地球。因此,只有当一颗与月球相当的星球撞击月球才能将其轨道改变到足以撞击地球的方向,但是,月球附近是没有这样的天体的,所以,我们完全不必担心月球对我们的威胁。