天地浩劫:人类准备好了吗

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  作者Brian Resnick,Kavya Sukumar

  翻译 林钰然 Wendy

  校对 高三强 徐成亮

  美编 李树萍

  数十亿年前,太阳系在形成之始遗留了很多体积巨大但还不足以形成行星的太空石块。


  Credit: NASA/ESA/UCLA

  太阳系中有成千上万这样的石块,它们被称为小行星。火星和木星之间的星际空间里大约存在着100万到200万颗大型小行星。


  有时这些小行星相互碰撞并分裂成叫做流星体的小块物质。


  在1998年和之后的2005年,美国国会两次委托美国宇航局(NASA)去搜寻这些物体,并设法使那些对地球有危险的小行星偏离原本的轨道。


  目前,16000余个小行星被认定为近地物体,因为它们有时候和我们的距离仅有2800万英里(约4506万公里)——从宇宙的角度来看,这一距离只有一根头发那么宽。


  NASA试图追踪那些中小型的小行星,它们对城市有很大的威胁。


  那些不能到达地球表面的小行星仍然可能对地表造成破坏。2013年,一颗小行星在俄罗斯的车里雅宾斯克州上空发生了爆炸,导致约1500人在其产生的冲击波中受伤。


  Credit: Alexander Ivanov/AP

  1988年到2017年间,美国的探测设备发现了超过700颗来自小行星和太空碎片的火流星,所幸它们大部分都很小,未对地球构成威胁。


  Credit: CNEOS/NASA

  如今,多亏了《世界末日》这样的好莱坞电影,人们逐渐地意识到地球上的生命也许会因为一次小行星碰撞而终结。

  直到20世纪末,科学家们才真正找到了小行星撞击事件的线索。1980年,Luis 和 Walter Alvarez第一次发现了小行星导致恐龙灭绝的证据:世界各地都发现了由小行星撞击产生的一层薄薄的沉淀物。1990年,这颗小行星留下的陨石坑在尤卡坦半岛附近被发现。

  在之后的1994年,科学家们目睹了一颗彗星撞向木星的景象;这次撞击非常剧烈,以至于用普通的望远镜就能看到。

  在这段木星红外影像的左下位置,可以看到苏梅克-列维9号彗星撞上木星产生的光球。


  Credit: Wikimedia Commons

  1998年,美国国会要求NASA找到至少九成直径在1公里以上的接近地球轨道的小行星和彗星。这些小行星大约每50万年撞击地球一次,并且正如我们已知的那样,它们会威胁到地球上的生命。

  但是,科学家们最担心的是成千上万尚未被发现的小行星,它们可以摧毁聚落和城市。这些无法看到的物体最有可能出其不意地袭击我们。

  “自然,较小的小行星很难被发现,”美国宇航局喷气推进实验室近地天体研究中心前负责人Donald Yeomans表示,“下一次对地球的撞击几乎可以肯定是来自比较小的天体。”

  科学家跟踪小行星和彗星以预测未来撞击事件

  像Yeomans这样的小行星猎人从事着预测未来的工作。截至目前,近地天体研究中心已经在地球周围的轨道上锁定了18000颗小行星、彗星和大量的太空碎片。

  Yeomans解释说,美国宇航局追踪这些物体的方法其实非常简单——用几天的时间,给同一块天空拍摄多张照片,然后用计算机程序搜索移动的物体。以这个物体的移动速度和亮度为基础,科学家们就可以开始绘制其轨道路径了。


  Credit: Catalina Sky Survey

  这就是天文学家们在搜寻小行星时找寻的目标。这些拍摄于2014年1月1日的图片显示了一颗非常小的小行星(被微弱的红光和紫光环绕着)从背景恒星前经过。当时这颗直径2到4米的小行星正在落向地球。一天后,它冲破了大西洋上空的大气层,然后很可能在入海前就解体了。

  通常,美国航天局的科学家可以在一定程度上预测出100年内小行星轨道的路径。但是“随着时间推移,轨道的不确定性也会增加,”Yeomans补充道。这是因为当小行星经过行星和其他物体时,它的轨道会有轻微的改变。

  现在,近地天体研究中心确信他们已经成功定位了90%以上,直径在几公里左右的庞然大物。为什么他们这么肯定?因为近地天体的数量与它们被观测到的频率是相关的。

  “就好比在小湖里面钓鱼——如果你抓住一条,做上标记,再把它扔回去。如果在90%的情况下抓到的都是带标记的鱼,就说明你已经抓到过湖里90%的鱼,”近地天体研究中心现任负责人Paul Chodas说,“这就是我们的估计方式。”


  小行星碰撞的破坏力与它们的大小和速度有关。小行星越大,它在撞击中产生的能量就越大。“一个直径150米的物体拥有2.88亿吨TNT的爆炸当量。” Yeomans解释道。(已建最大核武器的当量是5000万吨)“另一方面,一个直径10米物体仅有10万吨的能量,”他说,“随着尺寸的增加,它们具有的危险性呈几何级数上升。”

  至于多大的小行星会到达地球表面,多大的会在空中爆炸解体,这一问题没有明确的界限。“地球每年都会受到几次汽车大小的小行星的撞击,”Eric Christensen是位于亚利桑那州的卡特林那巡天系统(Catalina Sky Survey)的负责人,该机构致力于发现新的小行星。但这些陨石在天空中破碎后可能会落下一些陨石碎片,对地表造成其他影响。

  我们面临的最大威胁来自较小的小行星,比如2013年在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸的20米宽的流星,产生了相当于核爆炸的威力。


  Credit: Alexander Firsov/AP

  车里雅宾斯克流星的一部分,于俄罗斯切巴尔库尔湖被发现

  所以在2005年,美国国会要求美国宇航局搜索90%以上,直径在140米以上的近地物体(这次搜寻还发现了一些较小的小行星,如大小接近撞击俄罗斯的那颗小行星的天体)。池塘里还有很多很多的鱼。Chodas表示目前我们仅发现了约30%的近地物体。“每年我们可以找到800颗处于那一范围的小行星”。即便以这一速度,找到全部25000颗小行星仍然会花费60年或者更久。每发现一颗小行星,我们都需要绘制它的轨道并确定它是否可能与地球相撞。

  美国宇航局至今还没有发现在未来的100年内可以对地球构成威胁的小行星或彗星。但科学家们仍在密切关注着大约2000个具有“潜在危险”的物体——它们距离地球4647790英里(约7479893公里),且体积足以造成较大破坏。


  Credit: NASA

  近地物体广域红外线巡天探测器(NEOWISE)是美国宇航局用来观测小行星的主要望远镜之一。这张图中你能够看到2013年至2016年,NEOWISE发现的所有物体。

  这些较小的小行星很难被发现,因为它们在夜空中不那么明亮,而且我们用地基望远镜能够发现它们的前提是它们必须和地球离得很近。我们对这些较小的(但仍然具有破坏性的)小行星的搜索受制于一个巨大的盲点:太阳。如果一颗小行星从太阳的方向飞来,我们将无法发现它(比如在车里雅宾斯克州发生的事情)。美国宇航局的科学家们希望建立一个新的太空红外观测站来加快搜索速度,但目前还没有得到所需资金。

  一图读懂小行星可以怎样杀了你


  2017年,《地球物理研究快报》(Geophysical Research Letters)发表了一篇分析小行星撞击可能造成的人员伤亡的文章,这项研究得出结论:“陨石坑、地震和喷出物沉积等造成的影响,仅仅占全部破坏的一小部分。”最大的伤亡来源于撞击气浪产生的风。

  我们准备好了吗?

  如果我们发现了一颗直径140米的小行星,大到足以摧毁一座城市,而根据它的轨道预测几个月后将与地球发生碰撞,我们除了疏散地表人员外将无能为力。尽管美国宇航局行星防御官Lindley Johnson(一个真实存在的职位)向我保证“我们可以提前很长时间——当然是提前几周——确定确切的撞击时间和地点”然后可以确保疏散。

  如果我们碰巧——这确实是偶然——发现了一颗将在7到10年内撞击地球的太空陨石,我们可以开展一项迫使它偏离轨道的任务。有两种可行的方法,其一:发射一架宇宙飞船,像攻城槌一样将小行星稍稍撞离轨道。或者像好莱坞电影一样,“使用一个核装置,利用它表面的汽化产生的反冲力推动小行星偏离轨道。”Chodas说。(尽管如《Popular Science》指出的,目前核武器在太空中是禁止使用的。)

  当然我们不要忘了:美国宇航局并没有现成的攻城槌火箭或星际核弹头。为了快速设计和制造出这些飞船,我们必须在国际范围内展开合作。

  “我们当然希望有10年的预警时间;这将使我们有足够的时间和机会团结起来共同完成发射任务。”Johnson说。我们只需将小行星的速度提高或降低一厘米/秒就能使其偏离轨道。但是“至少需要提前三年来做这些事情。”

  还有一点我们也要了解:小行星也有使人类获益的潜力,不要光想着把它们推远。

  “小行星不仅只有威胁,它们的存在也蕴含着机遇。”Yeomans解释道。“它们中有很多都含有铂系元素和水合矿物质,这些物质可以用来在太空中建造物体。”

  科学家们正在认真研究如何捕捉和开采小行星上的稀有金属和其他自然资源。美国宇航局已经为最终的“小行星重定向”任务打下了基础。这个计划是:一架遥控宇宙飞船将会在一颗小行星上着陆,抓取一块巨石,并将它带到绕月飞行的轨道上。

  这一任务不仅是为了取得矿物。“从科学的角度讲,[小行星] 代表了太阳系起源过程中变化最小的物体。”Yeomans说。

  这就是为什么小行星如此令人着迷。它们是一扇窗户,让我们得以深入了解太阳系的过去,以及预测地球的未来。

  责任编辑:高三强

  牧夫新媒体编辑部

  本账号系网易新闻网易号“各有态度”签约账号

  天文湿刻


  这张图显示了所有已知具有潜在威胁的小行星的轨道,截至2013年初共有1400余颗

  By NASA/JPL-Caltech

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