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天外来物造访地球有多容易?

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,天文学家又在地球与金星轨道上发现了三颗近地小行星,其中还隐藏着一颗直径1.5公里对地球具有潜在威胁的天体。让人不禁想起十月初,一则新闻上了热搜:#人类首次干预小行星轨道成功#。据报道,美国宇航局将一艘航天器直接撞向小行星,目的是为了改变其原有运行轨道,这还是世界上首次针对行星的防御测试。
所以小行星撞地球真的会发生吗?几率会有多大呢?
天外来客都有谁?
飞向地球的小天体不止有小行星,还有彗星,大众经常把它俩搞混在一起。小行星和彗星主要围绕太阳运行,但在结构上就有本质的区别,对地球的破坏也不尽相同。彗星因含有较多挥发性物质(如水冰、甲烷等),靠近太阳时总会拖着长长的尾巴——彗尾,人们常说的扫把星就是它。

小行星

彗星

大部分彗星都会围绕太阳循椭圆轨道运行,一般周期也是固定的,在3年到几个世纪之间。但也有一些太阳系的过客,只会与太阳系擦肩而过,一旦离去便不见踪影。众多彗星中大家比较熟知的哈雷彗星,便是循着较长的椭圆轨道在太阳系周期运转,公转周期在76年左右。上一次看到哈雷彗星还是在1986年,距离下一次靠近地球还需几十年的光景。

1986年1月20日拍摄到真实的哈雷彗星影像

而小行星则和太阳系其他行星一样主要由岩石和金属构成,本身也并不发光,平平无奇。截至到2020年6月,人类已经发现了接近100万颗小行星,且绝大多数小行星都分布在火星与木星轨道之间,也被称作小行星带,而且地球上绝大部分陨石都来自这里。

火星与木星之间的小行星带

小行星带目前发现且编号的有12万多颗,带内最大的三颗小行星分别是智神星、婚神星和灶神星,平均直径更是超过400公里。
小行星普赛克(概念图)
它位于火星和木星之间的主小行星带
因表面金属含量超过85%
目前在太空采矿领域正“当红”
小行星造访地球难吗?
实际上,小行星、彗星等天外来物撞击地球,远比我们想象中更加频繁。有科学家曾经对陨石进行过观测研究,结果估计每年在地球上,大于0.1千克的陨石撞击事件有19000起,而大于1千克的陨石撞击事件也有4100多起,但都是小规模的。
目前有记录小行星撞击地球规模较大的一次,发生在2013年的2月15日。一颗直径约15-20米的小行星突袭地球,在俄罗斯车里雅宾斯克上空30公里左右解体,爆发出的刺眼光芒亮度相当于30个太阳,爆炸能量大约为30颗广岛原子弹,威力惊人,建筑玻璃粉碎、千名居民受伤。
几乎每年至少都有小行星撞击在中国境内,频率如此之高又是为何呢?
正常情况下,火星和木星之间的小行星们都与地球一样,围绕太阳公转。但其中部分小行星的轨道运动,与木星的轨道形成共振后,在木星的引力扰动下,可能就会偏离原来轨道,从而靠近地球轨道附近。就像木星随机挑选“幸运”小行星来地球打卡旅游,充满了不确定性。
NASA发射名为“露西”的航天器
对木星上的特洛伊小行星带进行研究
天文学家一般将进入地球轨道4500万公里范围内的小行星称作近地小行星,也代表这些小行星可能会有与地球撞击的危险。在太阳系一些特殊观测区域寻找小行星,确实是一项艰巨的挑战,天文学家必须与耀眼的强烈阳光作斗争,一般会挑选黄昏或早晨短暂时间为最佳观测时期,日复一日进行观测。
截至2022年1月1日,人类共发现27834颗近地小行星,其中直径公里级别的有889颗。光是2020年,年度发现数量超过3000颗近地小行星。
如果这些近地小行星进入到地球的引力范围,便会一头扎进地球。在大气的屏障作用下,这些天外来客与气体发生摩擦爆裂,裂成许多小块,犹如暴雨般散落地面,化作陨石雨或流星雨。绝大多数会在落地前燃烧殆尽,只有极少数体积足够大,能承受大气摩擦的燃烧损耗,最后投入地球的怀抱。
元谋土林双子座流星雨
每逢昼夜抬头望天,便有上千万颗大小流星进入地球大气层。天外来物造访地球容易,但想落地“签证”可不好办。
陨石都跑哪里去了
真正能受住大气摩擦产生的高温,最终达到地球表面的陨石并不会太多,而且大多坠入海洋、南北极及荒凉的沙漠地带。落入地球之后的它,就不再是星星,而成为陨石。
全世界已收集到的陨石,共计也就只有4万多块,样式各异。根据内部含铁镍金属的高低大致可分为三大类:石陨石、铁陨石和石铁陨石,其中绝大多数都是石陨石。小的轻若尘芥,大者可达几十吨。如果仅从表面观察,很难分辨它与普通岩石的区别。
上图为一排样品
其中左边四个为假陨石
图源:《中国国家地理》 2013年05期
摄影/王宁
我国是世界上发现陨石最早的国家之一,古籍中诸如“落星”“落星山”“落星湖”等名词层出不穷。《竹书纪年》的书上有写:“夏禹八年夏六月,雨金于夏邑”,这里记载了发生在公元前2100年一次铁陨石流星雨的事件。此外《史记》、《梦溪笔谈》、《石雅》等著作中也都有对陨石坠落的描述。
荒漠中陨石
1976年3月在吉林市北郊迎来一场超大规模的陨石雨,一个大火球从天而降碎裂成无数小块砸向地面。在这次事件后,共收集到陨石标本138块,其中最大一块陨石“吉林1号陨石”重达1770千克,是世界上最大的一块石陨石,它也为吉林省旅游观光增添一道独特景观。

吉林市陨石博物馆

除此之外,我国大部分省区都有陨石发现的记录,特别是新疆发现的铁陨石、山东的石铁陨石与吉林石陨石都享有世界声誉。不乏有陨石爱好者对收藏陨石情有独钟,昂贵的陨石价格甚至超过了钻石,每克可达数万美元之多。
石铁陨石类别中的橄榄陨铁
它由铁镍基体和厘米大小的橄榄石晶体共同组成
人们为了发掘更多陨石,选择从陨石坑中去寻找踪迹。如果从卫星视角望向地球,在地球表面我们能发现大小不一无数个环行地貌景观。盆地、喀斯特天坑、冰斗、火山口等应有尽有,这些景观形貌看起来都和陨石坑十分相似。

新疆木吉乡火山口,形似陨石坑

经过多方地理地质学家论证,在地球上仅约有150个大的依然能够辨认出来的陨石坑。主要原因是受到地质作用改造及岁月的侵蚀,完整的陨石坑也会变得面目全非。直径20公里的撞击坑仅能在6亿年的时间里被辨别出来,而那些直径更小的撞击坑,基本逃不过几百万年岁月就被抹去了棱角。
图源:《博物》 2013年05期
插图:张瑜
我国陨石分布范围较广,但陨石坑却显得尴尬无几。第一个中国陨石坑——辽宁岫岩陨石坑,是2011年才被记录在国际地球与行星科学界权威的撞击地球数据库中。

辽宁岫岩陨石坑

去年四月,中国科学家又在黑龙江省中部依兰县发现了一个新的星球撞击遗迹陨石坑——依兰陨石坑,这也只是在中国发现的第二个陨石坑。
美国巴林杰(Baringer)陨石坑
地球上最早被确认的陨石坑
还有个点非常神奇,“有坑无石”与“有石无坑”,好像成了陨石和陨石坑之间“不用说的秘密”。在许多大型陨石坑中,很难发现陨石的踪迹。而在许多发现陨石的地方也未曾发现相伴随的陨石坑。世界上最重的陨石——霍巴陨石,体积庞大的它在8万年前就已经降落在地球上,却没有留下陨石坑。

群岛内复杂曲折的水道

地球能辨识的陨石坑虽然很少,但月球却偷偷抹着泪,它四周特别是背面布满了陨石坑。今年六月,中国科学院专家为月球完成了世界第一幅1:250万全月地质图,全图拥有12341个撞击坑,可想当时撞击是多么恐怖。
当然为何地球能辨识的陨石坑少而月球繁多,真就月球为我们扛下了所有吗?也不尽然,月球表面大气稀薄,也未曾发现有水的痕迹。月球无法像大气和水对地球表面的长期侵蚀磨平那样,表面密密麻麻的“弹痕”只会常年积累而无法快速消减。
月球1:250万全月地质图缩略图
图源:原论文配图
小行星防御不止存在科幻
小行星撞击属于地球上的巨大灾难之一,地球地质历史上发生了22次不同程度的生物灭绝,至少有11次可能与小天体撞击诱发有关。
根据物理推算,直径1千米的小行星,足以摧毁一座现代大都市,而直径达到10千米的,则会引起全球连锁反应,引发物种灭绝。
科学界最普遍说法陨落的小行星
标志着恐龙统治地球的终结(概念图)
1994年,无数人亲眼目睹了人类历史上从未有过的宇宙事件——彗木大冲撞。苏梅克-列维9号彗星被木星扯碎的21块彗核如同一列庞大的火车,以每秒60千米的速度向木星猛烈撞击。这些碎片大的直径有两三公里,小的也有500米左右。这次碰撞产生的能量,相当于20亿颗广岛原子弹爆炸的威力,如今表面的伤痕仍能清晰可见。
当然尺寸大的小行星撞击地球概率也是非常低的,有学者估算过大约每1000年会有一颗直径100m左右的陨石撞击地球,而超过10km级别的陨石撞击则大约需要每隔1亿年才会发生一次。
一艘宇宙飞船从小行星后面进行撞击
进行“行星防御”测试(太空效果图)
虽然只是估算模拟,但也能知道小行星撞击固然是潜在威胁,但也不必恐慌,仍有充足的时间发展关键技术,为未来可能的危机做好充足的准备。
我国自己的小行星防御系统同样也没落下,今年中国航天日,国家航天局副局长吴艳华介绍,我国将着手组建近地小行星防御系统,共同应对近地小行星撞击的威胁,为保护地球和人类安全贡献中国力量。
在人类科技日益进步的今天,人类有信心提前做好准备,发展更加创新高效的防御手段,来应对一切未知。

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