第二节 太阳系的威胁

  在广袤的宇宙,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,主要由液态的氢和氦等物质组成,如同“水球”游荡于太空,它们旋转快,卫星多,还有环。

  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150多颗,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,在太阳系的各卫星中排名第5。

  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。

  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。

  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。人类生存的首要保障属于太阳,它的光辉照耀并温暖着我们,离开了太阳的光辉地球将是一颗死寂、冰冷的星球,太阳出现大的变化,对于地球和人类将是灭顶之灾。

  太阳是依靠核能发出光和热的,它每秒钟产生的能量相当于燃烧120亿吨煤,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,科学家终于得出结论,即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。

  太阳燃烧氢元素的时间大致有100亿年,目前,它已经燃烧了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,太阳演变成红巨星便是一个确定无疑的威胁。实际上,这之前的几亿年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。

  而当太阳演变成红巨星时其火焰将一直向四周扩散,不仅地球会被吞噬,火星也将不可能居住,人类需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,但其外部环境却会变得非常恶劣。

  那么,当太阳最后演变为白矮星的时候,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,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,在太阳演变为红巨星之前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?

  太阳是一颗气体星球,它从里往外分为核心、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。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。耀斑爆发时,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。

  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。

  太阳活动与地球的地震还有关联,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,由此导致地球的岩石层受压放电,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。

  在对古树的研究中了解到,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,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。

  然而,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。

  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,终于在42.8亿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,400多万年前猿类跨入人类的门槛,以及近10万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。

  二、地外天体的撞击

  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。科学家一直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。实际上,一颗足够大的地外天体撞击地球完全可以灭绝人类,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。由于陨星与流星太小,不会对人类的整体生存构成威胁,因此,这里我们只讨论小行星和彗星的撞击问题。

  (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。

  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演变为红巨星的威胁似乎就近在眼前。而且对于陨石撞击地球有许多记载,这本身就是对我们的警示,因为陨石就是小行星的缩小版。

  2013年2月15日,俄罗斯车里雅宾斯克一颗陨石穿越大气层发生爆炸,产生的大量碎石形成了陨石雨。陨石与大气摩擦形成的冲击波,导致许多建筑的窗户被爆裂,划伤了一千多人。这一事件被清晰地拍摄了下来。

  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。

  目前我们已经发现的近地小行星接近三万颗,其中直径超过1公里的约500多颗,而最大的则是著名的爱神星。

  爱神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。

  自有对小行星观测以来,与地球擦身而过的最大的小行星是直径达4.3公里的“弗洛伦斯”,它于2017年9月3日在距地球约700万公里处掠过,这一距离其实对我们是足够安全的。2500年内它不会再同地球靠这么近了。

  然而,并不是所有的近地小行星我们都那么了解,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。例如: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。当然,这种毁灭还是远不足以灭绝人类的。

  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更大的危害的。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。

  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,但却不足以灭绝人类。

  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。

  (三)对地外天体撞击的综合分析

  大的地外天体撞击地球的几率是非常小的,但若真是一颗足够大的小行星撞击地球,整个人类都有可能惨遭灭绝。因此,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响;

  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。有上述各项条件,以人类的力量拦截有可能撞击地球的天体,便变得越来越有可能。

  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;也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。

  科学家还提出了其他许多防范小行星撞击的方案,如发射导弹或航天器猛烈撞击小行星,使其改变轨道;发射引力航天器接近小行星,通过自身的引力使其改变轨道;发射航天器登陆小行星,用电动马达逐渐改变小行星的轨道;给小行星装上太阳帆,使其改变轨道等等。

  据报道,美国正在研究采用“软推动”技术改变小行星的轨道。这是借助无人探测器盘旋于小行星上空,对其表面进行喷涂,以改变其阳光反射率,影响它吸收太阳光和热,从而改变其轨道。