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几天前,一颗小行星与地球擦肩而过,我们几乎毫不知情

|· 本文来自“我是科学家”·|

火山、海啸、气候变化……地球生物被“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57~130米尺寸的小行星以相对地球24.5 千米 / 秒的速度和我们“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(好在有惊无险) | 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定制

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,天体撞击就成了影响生物生存的威胁。而同为地表生物的我们,也因此格外关注此问题,尤其是那些破坏力强大的大型陨石和小行星。

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,如进入大气层后减速的灰尘颗粒,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,个别情况下还能形成壮观的流星雨。在坠落过程中,大部分的能量转化成了美丽的等离子尾巴。这种级别的天体不会对我们造成巨大伤害,大家可以放心许愿。

划过夜空的流星 | 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产生具有破坏力的冲击波。它们的到来经常伴随着巨大的声响和刺眼的强光。

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辐射,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人受伤 [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,场面足以遮天蔽日。

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。白垩纪-古近纪之交的生物大灭绝事件就和这种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,想要解决这个关系全人类生存的大问题也不容易。

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?[6]

1994年7月17日4时15分,一颗名为苏梅克-列维九号的彗星碎片与木星相撞[7]。这一直观撞击事件引发了人们对天体撞击的防御意识,科学家们开始积极主动的展开了防御性观测。研究的主要对象是近地天体(Near Earth Object, NEOs),即近日点距离小于1.3个天文单位(一天文单位长度为149597870700米)的天体总称。

然而观测和监控近地天体并不是一项容易的任务。观测内容主要集中在它们的位置、体积大小、轨道和其他性质上。来自美国加利福尼亚州帕萨迪纳喷气推进实验室、近地天体广角红外线探测望远镜(NEOWISE)的首席研究员艾米·美因茨(Amy Mainzer)和她的同事们,专注于利用空间红外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[8]

对不同大小陨石的防御策略有很大不同。小型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)执行近地天体拍摄任务的模拟图 | 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近地小行星 | NASA

在2019年行星防御会议上,科学家们就针对陨石威胁的问题展开了讨论和“模拟演习”。在其中一项演习中,一颗140~260米级别的小行星正在以19千米/秒的速度飞向地球,一旦发生碰撞将释放出100兆吨~800兆吨TNT当量的能量(相当于7000~450000颗广岛原子弹)。科学家拟定的策略,是联合NASA和其他国际合作单位,在它给地球造成严重破坏之前,使用多个撞击器将其推离撞击轨道[9]

不过对于此类计划,也有很多质疑的声音。地球已经几千万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。(编辑:Yuki)

参考文献:

  1. https://cneos.jpl.nasa.gov/ca/
  2. https://www.livescience.com/66043-giant-asteroid-flyby-surprises-astronomers.html?utm_source=notification
  3. Johnson, T. E., Gardiner, N. J., Miljković, K., Spencer, C. J., Kirkland, C. L., Bland, P. A. & Smithies, R. H. (2018). An impact melt origin for Earth’s oldest known evolved rocks. Nature Geoscience, 11, 795–799.
  4. Popova, O.P. et al., 2013. Chelyabinsk airburst, damage assessment, meteorite recovery, and characterization. Science (New York, NY) 342 (6162), 1069–1073.
  5. Schulte, P., Alegret, L., Arenillas, I., et al. 2010. The Chicxulub asteroid impact and mass extinction at the Cretaceous- Paleogene boundary. Science 327, 1214–1218.
  6. Morrison, D. (2005). Defending the Earth against asteroids: the case for a global response. Science and Global Security, 13(1-2), 87-103.
  7. http://wikipedia.moesalih.com/Shoemaker-Levy
  8. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-04/aps-htd041119.php
  9. https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7386

作者名片

The End

发布于2019-08-02, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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绿洲

地质学博士,穿梭于城市和山川之间,研究造山带演化和大陆深俯冲。

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