互动科普

天体与地球碰撞的机会是极小的，但其后果将是灾难性的。

地球会被小行星撞上吗?行星科学家们对这种危险究竟有多严重的问题持不同的看法。有的科学家拒绝认真看待这一危险，其他人则认为，死于这样一种碰撞的风险甚至可能比死于一次飞机坠毁事故的风险还大。在对这一问题进行了多年研究之后，我已相信这一危险是实实在在的。虽然发生一次大碰撞的可能性极小，但这样一种碰撞释放出的能量却大得足以使我们这个脆弱的社会消失。

在地球历史的早期，小行星和彗星加入到地球中，给这个新生的行星带来了水，从而使生命有可能发展起来。而它们也曾经毁灭过(至少有一次)地球上已进化到相当高级的程度的生命。恐龙就是被这样一次碰撞消灭殆尽的，恐龙的消失为哺乳动物时代的到来扫清了道路。现在，这些生物已进化到有史以来第一次能够从天体手中夺回对自己的命运的主宰权的程度。然而，人类首先不得不认真对待天体碰撞这一危险。

大约45亿年前，太阳系从一个旋转的气体和尘埃云中诞生。开始时星子——岩石物质的初步集合——凝聚起来，互相合并而形成行星。由于岩石在互相碰撞时释放出能量，地球起初是一个熔融的球体，其热度之高，使得挥发性物质——包括水、二氧化碳、氨、甲烷和其它气体——都沸腾而逸散了。随着太阳星云的物质不断增大的行星逐渐吸收。对地球的轰击也就逐渐减弱了。炙热的行星冷却下来，地壳凝结为圆体。只有在这时，水——覆盖地球表面四分之三的支持生命的流体——才由来自太阳系遥远边缘的寒冷的彗星携带着返回地球。化石记录表明，简单的生命形式几乎是立刻就开始进化出来。

彗星和小行星事实上是残留下来的星子，大多数小行星位于火星和木星轨道之间的广阔地带。这些小行星由于比较接近太阳，因此，他们形成时很热，如同早期地球的情况一样，高温使较轻的物质(如水——蒸发，剩下的主要是二氧化硅、碳和金属。(天文学家只是到最近才发现某些含有埋在岩石中的结晶水的较罕见的小行星。)而另一方面，彗星则在太阳系的外部边缘上游荡。当太阳系形成时许多物质被向外抛出到天王星和海王星的轨道以外。彗星在远离太阳的地方凝聚而成，因此它们诞生之时就很冷，其温度可低至摄氏零下260度。它们保留了其挥发性物质，即气体、冰和雪等。这些有时被称为“脏雪球”的天体通常是碳和其他轻元素的稀薄的集合体。

暴躁的来客

1995年，荷兰莱顿大学的天文学教授Jan Oort在教一个班时，我获准以在校大学生的资格去听课。在检查他的学生的天文计算时，Oort注意到许多有名的彗星在很远的距离上达到其离太阳最远的点(称为远日点)。他进而形成了这样一个设想，即在约50000天文单位或更远的地方存在着一个呈弥漫球壳状的彗星云(一天文单位为地球到太阳的距离)。这一遥远的彗星云有大约1018个天体，它包绕着太阳系。

0ort云达到了太阳到最近的恒星——半人马座α星——的距离的五分之一。因此，这一球形壳中的天体只是松散地束缚于太阳，它们很容易受太阳系以外的事件的扰动。如果太阳经过另一颗恒星或一个大质量分子云的附近，则这些彗星轨道中就有一部分将受到扰动。星子可能进入一条使它向着内太阳系运动的狭长的椭圆形轨道。当它接近太阳时，热量使它的挥发物质蒸．这些挥发物质就像从喷泉中喷出那样从彗星射出。在古代文化中，这一天体景观有时是不祥的事件。

来自0ort云的访客有些从未再露面：其它的则有一定轨道周期。且每经过一次其周期便缩短一些。这些彗星中最为有名的是定期返回的彗星，如哈雷彗星(周期为76年)。这样一颗彗星撞上地球的可能性是极小的，因为它们经过的次数如此稀少。但是，在下一个千年纪，它们轨道的变化规律意味着哈雷彗星或Swift—Turtle彗星(周期为130年)有时将隔地球很近，令人感到不安。

1951年，当时在芝加哥大学叶凯士天文台的Gerard Kuiper推测，在比0ort云近得多的地方(即就在海王星的轨道之外)，存在着另一个彗星带1992年，夏威夷大学的David Jewitt和Jane Luu在经过持续的搜索后发现了这些天体中的第一个。现在为止．已发现了大约31个属于Kuiper带的天体。事实上，冥王星——它的轨道异常地扁——现在被认为是这些天体甲中最大的一个。在1930年发现冥王星的Clyde Tombaugh称冥王星是“Kuiper带之王”。属于Kuiper带的彗星并不直接受其它恒星的扰动，它们可能偏离到接近海王星，而海王星既可帮助它们稳定下来也可以相反地把它们抛出轨道。(至今尚不知道的第十颗行星也可能在扰乱彗星的轨道．但这颗行星的存在尚无确凿证据)。这样彗星就可能来到非常接近太阳的地方。虽然来自Kuiper带的彗星通常其周期比来自Oort云的彗星的周期短，但两种类型的彗星都可能被捕获而进入绕太阳的密近轨道中就无法辨别某一彗星——例如Tempel—Turtle彗星．它每隔33年以每秒72公里的速度经过——起源于何处。

某些彗星被约束在较小的轨道中，其周期也较短，大约在10年这一数量级上这些彗星造成的问题比那些每隔一世纪左右才经过一次的彗星造成的问题更大。与这些短周期彗星的碰撞大约每3百万年发生一次。

然而，彗星与地球偶尔碰撞的后果将是灾难性的。彗星的轨道常常急剧地倾向地球的轨道，有时一颗彗星甚至会从相反的方向迎面而来。因此，彗星通常以很高的相对速度从地球旁边经过。例如，Swift—Turtle彗星——直径大约为25公里一一每秒60公里的速度飞过。如果它与地球相撞，将造成灾难性的影响。

除非撞入其它天体，否则Swift—Turtle彗星大概将一直保持活动状态，在经过太阳附近时放出气体与尘埃(它还要经过太阳500次左右)最终．挥发物质消耗殆尽，彗星逐渐消亡成一个死去的天体，与小行星没有什么区别了。最近的小行星中，有多达一半事实上可能就是死亡的短周期彗星。

落下的岩石

事实上，对地球的威胁基本上来自小行星。同彗星一样，小行星绕太阳运行的轨道通常是稳定的圆形轨道。但是小行星带中的小行星为数众多，它们很可能互相碰撞。

这类碰撞的碎片最终可能进人与木星的轨道共振的不稳定的轨道。凭借其巨大的质量，木星与太阳互相竞争，力求左右这些碎片的运动，特别是在小行星的轨道与木星这颗大行星的轨道“合拍”(即共振)的情况下。这样，如果小行星在木星绕太阳一周的时间里绕太阳比如说三周．那么木星对小行星的引力作用就将大大增强。坐在秋千上的小孩每当秋千荡回来时如果有人推她一把就会越荡越高，同样道理，木星对小行星的有规律的推动作用最终将使小行星脱离其原先的轨道，而进入一条偏心率越来越大的轨道。这类小行星可能或者是逸出太阳系：或者是向内运动，接近类地的石质行星。最终这类到处流浪的小行星将与火星、地—月系统、金星水星甚至太阳碰撞。一块大碎片大约每1千万年进入内太阳系一次，其存在的时间也在1千万年左右、为了估计这样一块岩石撞上地球的可能性，首先必须按小行星的大小对其进行分类。我们能够观察到的最小的小行星——其直径小于数十米——极少会穿透地球的大气层它们与大气的摩擦产生的热量足以使它们挥发掉直径在大约100米及100米以上的小行星则确实构成了威胁。有10万颗左右的这类小行星进入到火星轨道以内的太阳系中。它们被称为近地小行星。

1908年，这样的一块天体（60米宽的一个松散的硅酸盐集合体）进入大气层并在西伯利亚的通古斯河谷上空爆炸而分崩离析。这一爆炸在远至伦敦的地方都听到了。虽然碎片没有留下一个陨石坑，但爆炸点下方地区仍然由分布在方圆50公里的地区内烧焦了的树木显示出来。几十年来，通古斯天体的真实身份激起了许许多多异想天开的猜测。有些人提出了若干富有想象力的看法，诸如改天体是一个微型黑洞或一艘外星人的飞船等。但科学家们则始终认为它是一颗彗星或小行星。

通古斯爆炸之类的事件一世纪可能发生一次，而且最有可能发生在大洋或偏远的陆上地区的上空。但是，如果这类爆炸发生在一个人口密集地区的附近，则将造成破坏性的后果。例如，如果这样一个天体在伦敦上空爆炸，则不但伦敦城，而且它的郊区部将成为废墟。

然而，在这些较小的小行星中，有少数是金属质的小行星。它们坚固得足以穿透大气层并在地面上撞出一个陨石坑来。亚利桑那州北部的1.2公里宽的“陨石坑”就是一例。该陨石坑是一个约5万年前撞上地球的金属质小行星（直径30米左右）造成的。

更大的危险：来自1000至2000颗中等大小的近地小行星，它们的直径为1公里或更大。据认为一颗这样的小行星大约每30万年左右与地球相撞一次，注意这一估计仅是统计平均值，这样的碰撞可能在任何时候发生，比如从现在起一年后或者20年内发生，或者也可能1百万年也不发生一次。

可怕的黑暗

地球与这样一颗天体碰撞所释放出的能量是极其巨大的。动能可以用公式1/2mv2来计算。其中m是天体的质量，v是其进入速度。假定密度为每立方厘米3克(这一数值通过分析陨石而得知)，平均速度为每秒20公里，则一颗直径1公里的天体撞上地球时造成的冲击相当于数十亿吨黄色炸药的爆炸力，为1945年在广岛上空爆炸的原子弹所释放的能量的几百万倍。当然，小行星不会放出使人们对广岛谈虎色变的核辐射。但是，数百万颗广岛原子弹一齐爆炸，将不只是摧毁几座城市或一些国家的问题。地球的大气将被全面扰乱，产生出一个相当于核冬天的环境。大团尘埃云冲人大气层中挡住阳光，造成持久的黑暗、零度以下的气温和猛烈的风暴。

更危险的是那些最大的近地小行星。它们的直径在10公里左右。幸运的是，这类具有威胁性的小行星并不多，大概只有10颗。(更幸运的是，它们恰好只是小行星带中那些天体的碎片，而那些天体的直径可大到1000公里。)这样大小的一颗小行星在1亿年左右的时间内仅与地球相撞一次。

这样一次事件在化石记录中可明显看出。天体的撞击标志着白垩纪地质时期的结束和第三纪的开始（大约在距今66O0万年前)。经过多年的搜寻以后，已经在墨西哥的尤卡坦半岛上找到了该事件所造成的陨石坑——一块直径约170公里的凹地。虽然这个陨石坑不可能直接看见，但却在石油钻探的过程中被偶然发现，并在“奋进号”航天飞机拍摄的图象中辨认了出来。这一凹地产生于一颗直径可能为10至20公里的天体的爆炸性撞击。对这次爆炸影响的研究描绘出一幅可怕的图景。一个巨大的火球把岩石和蒸汽喷射到大气中，扰乱了地球的地壳，引发了全球性的地震和海啸。来自地球和小行星的尘土形成的巨大尘埃云团喷入平流层及更高处。随之而来的便是持续几个月的完全黑暗。酸雨开始落下慢慢地尘埃回落到地面．在地球表面上形成厚达几厘米的一层沉积物。在这一片薄薄的沉积物下我们看到了恐龙的证据。在沉积物之上，恐龙便不见踪影了。四分之三的其它物种也消失得无影无踪爆炸之后的黑暗必定在当初使大气温度猛降到一个冰天雪地的程度。

经过许多世纪之后，相反的效应——温室效应气体的缓慢变热使温度上升高达15个摄氏度——带来了同样有破坏作用的影响。那颗小行星是在地球的一个薄弱部位上撞上地球，它切入了一个很少见的有厚层石灰石的地区。(只有不到2%的地球地壳含有如此丰富的石灰石：澳大利亚的大堡礁就是一例。)这一爆炸使二氧化碳从石灰石进人了大气中，在大气中二氧化碳和其它气体一起起到了捕集地球热量的作用。荷兰阿姆斯特丹的弗里大学的Jan Smit提出，是过度的变热而不是最初的严寒使恐龙灭绝一一有证据表明恐龙是慢慢地从地球上消失了的。

空间观测计划

那么，我们会被小行星撞上吗?首先，答案在于行星天文学这一领域。必须尽快地找出危险的天体，以尽量减少人类毫无察觉地面临灭顶之灾的可能性。而且，必须一连若干个晚上、若干周、若干月甚至若干年地列它们进行跟踪．以便根据外推精确地计算出它们将来的轨道。在七十年代初期．加利福尼亚州南部帕洛玛山天文台上一台口径0.46米的照相望远镜被专门用于搜寻近地天体，加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室的Eleanor Helin领导了这些天文学家小组中的一个．美国地质研究所的Eugene Shoemaker和Caro1ynShoemaker则领导着另一个小组。这些天文学家们每隔半小时对同样的大块天区照相。小行星在绕太阳运行时，相对于背景恒星移动。如果距地球较近，则可以发现小行星运动得比较快。这一运动很容易从多重曝光辨识出来。

自从帕洛玛山天文台的开创性工作来．其它观测者也开始对近地小行星产生了兴趣。在位于澳大利亚东部山区的赛丁斯普林格天文学家的一个专门小组使用一台口径12米的照相望远镜来搜寻这些岩石天体。在1994年，加利福尼亚和澳大利亚的观测者们用他们的照相方法总共发现了16个近地小行星(到该年年底．由于其它地方研究出了更先进的技术，帕洛玛山天文台的项目便下马了。

大约15年前．我和Robert McMillan(也在亚利桑那大学)开始意识到，以这样的速度，需要一个多世纪的时间才能完成1000或更多个直径在1公里以上的小行星的绘图。利用电子探测器件和高速计算机．可以大大加快发现小行星的步伐。于是，一个专门研究彗星和小行星的项目——空间观测计划——便在图克森应运而生了。在图克森西边70公里，是亚利桑那大学的基特峰斯尔德天文台。该天文台的一台0.9米口径望远镜现在专门用于空间观测计划我和Robert Jedicke，James Scotti以及几位学生(全都来自图克森亚利桑那大学)定期使用这一设施来寻找彗星和小行星，而Mc.Millall，Marcus Perry，Toni Moore及其他一些人（也是来自图克森亚利桑那大学)使用它来寻找其它恒星周围的行星。

我们的电子光探测器是不使用照相底片的电荷耦合器件(CCD)电荷耦合器件是非常细密的半导体象素阵列。光射在一个象素上时它的能量使正电荷与负电荷释出，来自所有象素的电子形成了望远镜聚焦平面处的光图案的一幅图象。然后一台计算机对同一天区在不同时间扫描所得的图象进行比较．显示出移动了的天体。

用这种方法．空间观测计划的观测人员一个晚上就可能发现多达600颗小行星其中绝大部分是在小行星带中，只是偶尔会有一个天体相对于恒星背景移动得相当快，以致必定离地球不远。(类似地，一架在高空飞行的飞机看起来比一架低飞进场准备着陆的飞机飞得慢。)1994年，Scotti发现了一颗在距地球105000公里以内的地方飞过的小行星。也是在那一年，空间观测计划报道了对彗星和小行星位置的77000项精确测量。空间观测计划的一个令人高兴的方面是，除了官方的支持外(包括美国空军科学研究办公室，国家航空航天局，克莱门廷空问计划，国家科学基金会和其它的政府机构)，它还拥有众多的私人和团体资助者(目前有235名这样的资助者)。空间观测计划已经发现了大量的小行星．其大小在数十米的范围内。这些小行星的数目超过预期数目40倍之多，但我们至今还不了解其起源。我们称这些小行星为Arjunas(Arjunas是传说中的印度王子，他被告诫必须坚持其海图规定的航向)。军事侦察卫星后来也观察到了Arjunas小行星。这些资料一度曾按常例废弃不用，但现在则存储起来并解密．它们表明小尺寸小行星正连续不断地降临地球，由于地球有大气，这些岩石在大气层中燃烧殆尽，不会产生什么后果，但类似的小行星则使得无空气的月球伤痕累累。空间观测计划的下一步是安装我们的新型望远镜，这台望远镜是用一个现有的1.8米反射镜建造的，用这台望远镜我们就能够发现更暗弱、距离更远的天体。这一最新仪器是小行星观测领域中最大的望远镜，它将为未来的好几代小行星探索者服务。与此同时，在法国南部蓝岸天文台Alain Maury即将把一台配有电子探测系统的望远镜投入运行。澳大利亚的Du1lcan Steel和他的同事们也在转向使用电子装置，不过这一项目的经费问题可能比我们的计划还要严重。下一个进入电子时代的可能是亚利桑那州弗拉格斯达夫附近的洛威尔天文台(在Edward Bowell的领导下)美国空军也在计划把它的若干台一米望远镜中的某一台用于这一目的，Helin和她的合伙者已经在使用夏威夷毛伊岛上的一台。此外，业余天文学家们正在与他们望远镜上的电子探测装置联网。

如果有一颗小行星其上载有我们的名字离开那里，则我们到2008年左右应当知道。

使小行星偏离轨道

那么，如果我们发现了一颗大的天体直奔地球而来又怎么办呢?如果我们仅提前5年知道这一事实，那我们只得互相告别，并后悔我们没有早一点开始进行观测。如果我们提前10年知道，那么我们生存的机会仍然不大。如果我们提前50年甚至更早就知道这一点，则可以用一艘宇宙飞船布置一枚火箭，在小行星旁边爆炸，最强大的洲际弹道导弹或许可以把一颗小天体炸离其轨道。(顺便说一下，这也是我们摆脱这些冷战遗物的一个好办法。)然而，似乎存在这样一种可能性，即我们将有一百多年的准备时间有了这样多的时间，只需在小行星附近引发一次威力不大的化学爆炸就可能足以使它偏离方向这一爆炸只需稍微改变小行星的轨道，这样到小行星飞至地球附近时，它已大大偏离了其原先的航向而从地球旁边经过。现有的火箭瞄准与导航技术已达到近乎奇迹的地步。我曾听到两位科学家争论先驱者11号为何晚20秒钟到达土星一一这是在经过了4年的飞行之后。但是引爆必须非常小心地计划。如果小行星是由松散集聚的物质构成的．则爆炸的震动有可能使它分崩离析。由此产生的碎片可能会雨点般降到地球上，造成比完整的小行星更大的危害（使用大号铅弹的猎人就知道这一点)。在这种情况下，最有效的办法是在距小行星表面一定的距离上进行一次“远距”爆炸。为了测定小行星的成份以及它可能如何分解需要动用地基雷达、望远镜以及可能还有空间飞行器。

在更遥远的将来，激光或微波装置可能成为适用的手段。也有人提出了一些比较温和的方法，如把太阳帆和反射器安在小行星表面上，利用太阳辐射推动小行星偏离其航向。有几位科学家正在研究利用核装置使发现后不久就将构成威胁的大质量小行星偏离轨道的可行性。彗星和小行星使我想起了Shiva——印度神话中主管毁灭和再次创生的神。这些天体使生命得以诞生，但它们也杀死了我们的先驱——恐龙。现在，地球上的居民第一次能够想象他们自己的灭绝——但同时也获得了制止这一毁灭和创生循环的能力。