我是科学家 08-01
不确定的未来:人类会因小天体的撞击而灭亡吗?
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当前的 " 天体警察 ",美国波士顿史密森天体物理天文台的小行星中心(MPC),给自己设定了一个艰巨的任务:发现和跟踪尽可能多的小行星,特别是近地天体(NEO)。MPC 负责协调美国四大研究中心的大约 30 名天文学家和大约 200 名业余爱好者的原始观测数据,并将这些观测数据与捷克共和国两个天文台的后续观测结果相结合。

巨大的潜在威胁

借助可以发现移动光点的特殊设备,以及处理这些观测结果的计算机,MPC 的进展可谓惊人。根据每日更新的记录,MPC 共计追踪大约 25 000 颗轨道已知的小行星和 30 000 个轨道尚不完全清楚的小行星,另有 10 000 次目击等待分析。有待分析的数字还在以每年增加 3 0000 次的速度急剧攀升。该中心每天收到 1 000 个天体运行轨道的报告,其中有 50% 可能是新发现的小天体。在 1999 年创纪录的一个月里,他们宣布发现了大约 5 000 个新天体目标。鉴于地球终将再次成为被撞击的目标,MPC 及其相关团队决心查找出和跟踪那些可能对地球构成威胁的小行星,特别是 2000 颗直径超过 1 千米的近地天体。

正在接近地球的爱神小行星。这颗直径 20 千米大小的小行星目前对地球并不构成威胁,但在遥远的未来可能具有一定的威胁性。

与当前的任务相比,现已取得的成果并不算什么。MPC 的目标是记录所有直径大于 50 米的近地天体,它们有可能在下一个世纪成为地球的威胁。据 MPC 副主任加雷斯 · 威廉姆斯(Gareth Williams)估计,直径为 100 米或更大的近地天体有 32 万颗,50 米或更大的有 100 万颗。这是一项需要 20~25 年才能完成的任务。即便如此,一个直径为 10 米的近地天体仍然能够产生一定的威胁,造成重大损害,而这样的小天体估计有 1.5 亿颗。

近地天体只占稳定轨道小天体的一小部分,MPC 更进一步的目标是尽可能多地记录这些目标。有多少小行星需要记录?MPC 假定近地天体只占小行星总数的 0.001%,那么直径为 50 米或更大的小天体数量将是 30 亿。最早一批 " 天体警察 " 会被这个数字所震惊。

1991 年菲律宾皮纳图博山的火山爆发污染物在数天之内(上图) 和两个月内( 下图) 的蔓延情况。

地球受到撞击在所难免?

从长远来看,地球在未来受到撞击在所难免,但具体的撞击时间却完全无法预知。目前,没有已知的天体被确认将与地球发生碰撞。天文学家在未来几年所能做的就是收集信息,对小天体过去的轨道进行计算,以便建立统计分析。根据目前的估计,一次像袭击西伯利亚通古斯这样大规模的撞击可能一个世纪会发生一次,而被直径为 1.6 千米左右的小天体撞击每隔几十万年可能发生一次。根据二叠纪和白垩世发生的大灭绝,每隔 1.5 亿年左右可能会有一颗直径 10 千米大小的小行星撞击地球。但是即使是一颗直径仅为 350 米大小的小行星的轻微撞击,释放的能量也将超过世界上所有的核武器。

相关风险可以用安全指标来评估量化。美国国会 1992 年的报告称,直径为 1.6 千米的小行星对地球的撞击有可能导致世界四分之一人口的死亡,产生的大气尘埃可能比 1991 年的皮纳图博火山爆发释放的烟尘多近 1000 倍。那次火山爆发使地球变冷的时间持续了一年之久。如果类似大小的小行星撞击地球每 50 万年就发生一次,那么每年每个人面临的风险概率就是二百万分之一。按人的人均寿命来计算,地球上的人类将有两万五千分之一的可能死于小行星撞击。相比之下,美国人在飞机失事中死亡的概率为两万分之一,因龙卷风致死的概率为六万分之一。

灾难片中的画面,会成真吗?| Pixabay

如何用确凿的事实来解释统计数据,是天文学家和越来越多的决策者现在面临的问题。天文学家对金牛座流星雨有极大的兴趣,该流星雨每年 6 月 28 日都会如约到达( 由于发生在白天,它称不上壮观)。这些尘埃与恩克彗星位于相同的轨道上。在太阳系范围内,它们以很小的日心距离围绕太阳进行公转。但是,恩克彗星的轨道上不仅仅存在尘埃,还有 10 颗小行星。已经有一位天文学家——英澳天文台的邓肯 · 斯蒂尔(Duncan Steel)提出,这些尘埃、小行星和彗星源于一颗大约在 20 000 年前进入了内太阳系的较大的天体。相对于其他同事,斯蒂尔认为大撞击的概率可能会高得多——西伯利亚级别的撞击每隔 50 年发生一次,而每隔 10 万年就有一颗直径 1.6 千米大小的天体撞击地球。

政府官员们现在不仅要处理天文学家提出的证据和事实,还要回应公众对地球遭受小天体撞击日益不安的情绪。美国众议院于 1990 年首次对此表达了关注,并指示美国宇航局加大探测计划和力度。在没有立即发生威胁的情况下,官员们仍然面临着一个问题。毕竟,如果有人在 1993 年提出:"21 个天体在明年撞击木星的可能性有多大?" 答案会是:" 数百万分之一。" 然而不到一年,撞击就真的发生了。用邓肯 · 斯蒂尔的话说:"在目前无知的状态下,概率推导是不适用的。"

我们为此该做些什么?

我们为此该做些什么?到目前为止,官方还没有提出正式的计划,因为危机总是一闪即逝。有潜在威胁的小行星被越来越多地观测,人们对其轨道加以演算,并发布世界末日的警告,但最终事实往往表明危险根本不存在。

美国太空监测计划的总部位于亚利桑那州的凯特峰,它为更广泛的国际太空防护项目铺垫了道路。

类似的事件在 2000 年底发生过一次。夏威夷的研究人员在近地轨道上发现了一颗直径 30~70 米大小的天体。意大利天文学家安德雷 · 米拉尼(Andrea Milani)认为这个小天体可能在 2030 年撞击地球。美国宇航局将撞击的概率确定为五百分之一,因此这颗被命名为 2000SG344 的天体,成为第一个由最新通过的都灵撞击危险标准进行评估的小天体(见第 82 页)。2000 年 11 月 3 日,国际天文协会向公众公开了这一信息,尽管人们仍不知道该天体是什么性质。也许,它只是一块类似于阿波罗探月火箭第四级的太空垃圾,其表面的高反射率让它看起来更大些。如果事实确实如此,那么它完全不会构成威胁。此外,对它的轨道的进一步分析表明,这个小天体飞越地球时与地球的距离不会小于 420 万千米,即地球到月球之间距离的 11 倍。于是,2000SG344 不再吸引人们的视线,从都灵风险评估标准中被移除了。

美国太空监测计划和国际太空防护项目合作,共同追踪未来可能威胁地球的数百万个天体。

不过,潜在的威胁并没有消除。1994 年,作为美国太空监测计划的一部分,亚利桑那州立大学斯图尔特天文台的詹姆斯 · 斯科蒂(James Scotti)记录了一颗小行星以距地球 105 000 千米的距离掠过地球。从长远来看(短期来看也是如此),天文学研究和统计分析具有一定的实际作用。应急计划得以制定,危机处理委员会随之设立,人类在这一领域不断投入经费。除非在未来 10 年出现大的撞击,我们这支 " 智人 " 似乎将进入一个进化的新时代。地球现在有了自卫的手段,正如好莱坞电影展现的那样,人类已经有了一种以火箭、制导系统和炸药相结合的技术,可以炸裂小行星或引导其偏离原定的破坏性轨道。根据亚利桑那州大学的汤姆 · 盖尔斯(Tom Gahrels)的说法,我们可能还需要一个世纪的发展以抵御任何强烈的撞击,"到那个时候,在小行星附近制造一场适度的化学爆炸就足以使其偏离原有轨道。"

如今,人类第一次在曾灭绝过无数先辈的灾难前有了保障自身生存的能力。创造出人类在其中进化、生存世界的天体们同样具有摧毁我们的力量,不过它们也推动了人类进行相关的研究。我们应该会有好的运气,我们可以生存下去。

《BBC 宇宙三部曲》——宇宙起源、宇宙之光、宇宙星尘

《BBC 宇宙三部曲》是一套有故事的极简天文学,它由 BBC 科普王牌团队精心打造,中科院专家团队翻译、审校。其内容上打破了传统的天文学写法,从古至今,层层推演,讲述核心知识和发现过程。综合光学、核物理等多学科知识,记述人类的宇宙探索历程,开放式的答案启发探索。

作者: [ 英 ]   保罗 · 帕森斯   ( Paul Parsons )

编辑:沙玲玲

排版:雷昱儿

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