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行星地球

我們常用“火星撞地球”來形容沖突的激烈程度，但最近一則外媒報道卻說到，這個用來打比方的情況可并非虛言！就在上個月月初，美國國家航空航天局 (NASA)發(fā)布消息稱，3月21日一顆體積相當于法國埃菲爾鐵塔兩倍的小行星2001 FO32將在距離地球約200萬千米的地方安全飛掠；而21日當天，該小行星也的確如預期般以安全距離掠過我們這顆藍色的星球。此外據(jù)稱還有大量小行星可能正在向地球沖撞過來，它們的直徑從10米到200多米不等。如果這是真的，地球毀滅、世界末日就近在眼前了。

真相解讀：

我們常用“火星撞地球”來形容沖突的激烈程度，但最近一則外媒報道卻告訴我們，這個用來打比方的情況可并非虛言！就在上個月月初，美國國家航空航天局 (NASA)發(fā)布消息稱，3月21日一顆體積相當于法國埃菲爾鐵塔兩倍的小行星2001 FO32將在距離地球約200萬千米的地方安全飛掠；而21日當天，該小行星也的確如預期般以安全距離掠過我們這顆藍色的星球。

但這還沒完，據(jù)稱還有大量小行星可能正在向地球沖撞過來，它們的直徑從10米到200多米不等。如果這是真的，難道地球毀滅、世界末日就近在眼前了？行星撞地球這個科幻電影里才會有的情節(jié)，竟然是真的？

01

關(guān)于要撞地球的行星

請先了解一下

太陽系由太陽及在其引力作用下圍繞它運轉(zhuǎn)的天體構(gòu)成，包括八大行星及其衛(wèi)星、矮行星、小行星、彗星、流星體及行星際物質(zhì)。太陽系中的行星是指圍繞太陽以橢圓軌道運行、并且有足夠大的質(zhì)量使其表面達到流體靜力平衡（近于球形）的天體，這些行星軌道附近的物體已通過碰撞并合與散射過程被清除。

除了熟知的八大行星，太陽系中還有一些矮行星。它們同樣圍繞太陽運轉(zhuǎn)，但其質(zhì)量較小，不能夠清除其軌道附近的其他物體。太陽系內(nèi)的矮行星有：冥王星、谷神星、鬩神星、鳥神星和妊神星。近年來，研究人員還根據(jù)一些柯依伯天體軌道運動特征，推測在太陽系中可能存在“第九大行星”，但尚無觀測證實這一猜想。

圖1.銀河系與太陽系 Credit:Astronomy.com

如果我們的目光落在太陽系以外的更廣袤的宇宙空間，就會了解到，銀河系中有數(shù)千億顆恒星，而太陽只是銀河系獵戶座旋臂上一顆中小質(zhì)量的主序恒星。而在浩瀚的宇宙中，還存在無數(shù)星系團，銀河系也只是滄海一粟。與太陽系類似，宇宙中很多恒星的周圍也存在行星，這些太陽系以外的行星被稱為系外行星。

目前已發(fā)現(xiàn)并確認的系外行星接近4700顆，這些系外行星大小各異、軌道構(gòu)型多樣，構(gòu)成了多姿多彩的行星世界。

02

過去、現(xiàn)在和將來

行星的運行軌道并非永恒

德國天文學家提丟斯和波得提出了行星同太陽的平均距離的經(jīng)驗定律，即提丟斯—波得定則。該定則提出，取一數(shù)列：0，3，6，12，24，48，96，192……然后加上4，再除以10，就可以得到以天文單位(地球和太陽的平均距離為1個天文單位)表示的各個行星同太陽的近似平均距離。1781年，天文學家Herschel發(fā)現(xiàn)天王星差不多恰好處在定則所預言的位置上。提丟斯當時還預言，在火星和木星之間，距太陽2.8天文單位處應(yīng)該還有一個行星。但是后續(xù)的觀測發(fā)現(xiàn)，這片區(qū)域?qū)嶋H是呈帶狀分布的小行星世界，即主帶小行星。

法國數(shù)學家、物理學家拉普拉斯認為，太陽系是完全穩(wěn)定的。但是1994年，巴黎天文臺的研究人員Jacques Laskar等人的工作第一次證明水星的軌道運動是不穩(wěn)定的。他利用超級計算機進行的模擬結(jié)果顯示，未來的30億年到40億年中，木星和水星之間微妙的引力攝動作用可能導致一個難以想象的后果——太陽系內(nèi)部的行星離開現(xiàn)在的軌道位置，金星和水星最終可能猛烈地撞在一起。這項研究工作提醒我們，行星并非總處于永恒的、有規(guī)律的軌道。它們可能變得很不穩(wěn)定，即便沒有外界的影響，太陽系在未來的60億年時間里也會變得雜亂無章。

圖2.行星形成的核吸積碰撞過程 Credit:Rebecca Boyle,Nature,2018

太陽系的誕生和演化過程本身也充滿了動蕩，在行星形成和生長的階段，太陽系中會發(fā)生劇烈的碰撞和散射過程。外太陽系的四顆巨行星也曾經(jīng)發(fā)生過大幅度的軌道遷移，擾亂了內(nèi)外太陽系中諸多小天體的運動，影響了內(nèi)太陽系類地行星的演化，最終重塑了整個太陽系。

此外，月球表面的撞擊坑也是太陽系形成后期“暴力事件”的見證。科學家們通過分析阿波羅任務(wù)帶回的月球樣品發(fā)現(xiàn)，月球在大約39億年前似乎頻繁遭受了各種小天體的撞擊——這就是月球歷史上著名的“晚期重度轟擊”（Late Heavy Bombardment，LHB）事件。在太陽系形成晚期，這些天體碰撞事件非常普遍，今天我們可以看到內(nèi)太陽系的水星或大行星的衛(wèi)星也可能是共同“受害者”。

03

撞地球的高危分子真不少

還好威脅度高的幾率沒有特別大

在1998年上映的美國科幻災難片《天地大沖撞》中，“畢德曼彗星”正朝著地球飛奔而來，彗星碎成了一大一小兩部分，較小的那部分彗星撞向地球，引發(fā)山崩地裂，一片世界末日的景象；而跟隨其后的大彗星給地球帶來的毀滅程度，更是遠遠超乎了人們的想象。

2020年上映的好萊塢災難大片《末日逃生》再次呈現(xiàn)了彗星撞向地球造成的重大災難場景。由此可見，人們對于宇宙中天體撞擊地球事件的憂患，警示人類需要居安思危，避免這些災難的發(fā)生。目前，撞向地球的天體大多是太陽系內(nèi)部的小天體，包括小行星和彗星。小行星離太陽由近及遠可分為：近地小行星（NEOs）、主帶小行星（MBAs）、特洛伊天體(Trojans)、半人馬天體、柯伊伯帶天體（KBOs）。目前已發(fā)現(xiàn)超過一百萬顆小行星，其中近地小行星超過25000顆，主帶小行星更是超過50萬顆。

圖蟲創(chuàng)意

一般來說，與地球軌道距離小于0.3天文單位（4500萬千米）的稱為近地小行星，與地球的交會距離小于0.05天文單位（750萬千米，約20倍地月距離）、且直徑大于140米的被列為潛在威脅天體(PHO/PHA)。當小行星越過750萬千米這條“警戒線”，它就有可能撞向地球。已發(fā)現(xiàn)的近地小行星中，有2000多顆可能對地球構(gòu)成潛在威脅。

當今對地球威脅程度最高的是于2004年發(fā)現(xiàn)的近地小行星（99942）Apophis（阿波菲斯）。“阿波菲斯”將于2029年4月13日從地球身邊飛掠，最近距離約為3.2萬千米；之后，2036年還會再次降臨，危險性極大。但撞擊地球的幾率也很低，遠低于0.01%。

據(jù)統(tǒng)計，直徑大于140米的小行星撞擊事件約3萬年發(fā)生一次；直徑大于1千米的小行星撞擊事件約100萬年發(fā)生一次；直徑大于5千米的小行星撞擊地球的情況，大約3000萬年發(fā)生一次；而直徑大于6千米的小行星撞擊地球這等規(guī)模的，上億年才可能發(fā)生一次。

除了太陽系內(nèi)小天體，近年來還出現(xiàn)了兩位來自太陽系外的“星際訪客”：“Oumuamua（1I/2017 U1）”和彗星2I/Borisov，其中1I/?Oumuamua被發(fā)現(xiàn)時其與地球軌道距離約為0.2個天文單位（大約3000萬千米）已達到近地小行星標準。未來也并不排除會有更多星際天體闖入我們太陽系，當然星際天體撞向地球的概率遠小于太陽系內(nèi)的近地小天體。

圖3.太陽系小天體分布 Credit: NASA

04

對地球的撞擊事件一直在進行中

探測能力越強 發(fā)現(xiàn)數(shù)目越大

當撞擊地球的小行星直徑達到15米，就可能造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，比如2013年2月15日的俄羅斯車里雅賓斯克隕石事件。該事件造成了約1200人受傷、近3000座建筑受損。

當小行星直徑達到25米以上，可能發(fā)生空爆，爆炸能量相當于1兆噸TNT當量，并引發(fā)火流星事件，如1908年的通古斯爆炸事件（直徑50米）、2015年泰國曼谷火星事件和2020年12月青海玉樹的火流星事件。

圖蟲創(chuàng)意

當小行星直徑超過140米就可能造成地區(qū)規(guī)模的破壞，引發(fā)地震和海嘯等次生災害。直徑超過1千米的小行星撞擊則可能造成全球災變，對地球環(huán)境、人類和生物圈都會產(chǎn)生重大影響。如果小行星直徑達到10千米，則會造成大規(guī)模物種滅絕，如6500萬年前的恐龍滅絕。

根據(jù)全球隕坑統(tǒng)計，已撞擊地球的小行星中直徑為140米以上的約14000顆（已發(fā)現(xiàn)約5000顆），40米至140米之間的大約30萬顆（發(fā)現(xiàn)約2600顆），直徑40米以下的估計幾百萬顆。由于地球存在活躍的地質(zhì)演化活動，更多的隕擊坑在地球上已難尋蹤跡。

圖4.1988年4月至2021年3月全球火流星事件 Credit：JPL/Caltech

除了劇烈的撞擊事件，彗星的噴發(fā)、分裂產(chǎn)生的塵埃顆粒與地球的“親密接觸”還可能帶來壯觀的天文現(xiàn)象——流星雨。當彗星穿過地球運行的軌道，大量的塵埃顆粒撞入大氣層，形成流星雨。彗星的燒蝕產(chǎn)物成為水汽凝核，從而會影響氣候和降水。彗星隕落也會給太陽系內(nèi)行星表面帶去水冰等揮發(fā)物質(zhì)，這對于研究地球表面水的來源和生命起源也具有重要意義。

其實，小行星飛掠地球的事件幾乎每天都會發(fā)生，這并不是因為經(jīng)過我們的近地小行星變得越來越多了，而是現(xiàn)在的探測能力越來越強大。分布在世界各國的國際小行星預警網(wǎng)（IAWN）所屬的眾多望遠鏡都在緊盯著這些危險的目標，對它們進行嚴密的監(jiān)視，地基望遠鏡包括美國夏威夷的Pan-STARSS, 智利北部的LSST和位于江蘇盱眙的紫金山天文臺近地天體望遠鏡等。

中科院紫金山天文臺-陳向陽提供

近十年來，國際小行星深空探測任務(wù)也在如火如荼的開展，2012年我國“嫦娥二號”探測器成功飛越近地小行星圖塔蒂斯(Toutatis)，2015年美國NASA“黎明號”(Dawn)完成對谷神星和灶神星這兩個太陽系最大的原初行星胚胎的環(huán)繞探測；2020年，日本的“隼鳥2號”順利完成對近地小行星龍宮(Ryugu)采樣返回任務(wù)；NASA 的“冥王號”(OSIRIS-REx)航天器也完成了對近地小行星貝努(Bennu)的探測，即將攜帶樣品返回地球。

目前，天文學家已可以對近地小行星與地球的撞擊概率進行估計，并對千米級以下近地小行星進行精確的長期軌道預報。但這對于小行星撞擊地球事件的防御還遠遠不夠。科學家們也提出了一些主動防御措施，比如利用動能撞擊或引力拖拽的方式改變小行星軌道，利用核彈爆破將危險的小行星摧毀等。此外，地面也應(yīng)建立必要的民防設(shè)施，同時加強面向公眾的小行星撞擊知識普及和信息發(fā)布，系統(tǒng)建設(shè)國內(nèi)近地小天體監(jiān)測預警體系，以及開展國際合作為提升國際空間環(huán)境監(jiān)測及災害預警能力貢獻力量。小行星撞擊事件決不是危言聳聽，是會真實發(fā)生在我們身邊的事件，因此需要引起社會各界的廣泛關(guān)注。

看了這篇文章后大家心里的疑惑是不是迎刃而解了呢？希望對你們有幫助。