我们都知道,在万年前,曾经称霸地球一亿多年,不可一世的霸主--恐龙,被一颗小行星一波带走。这就是著名的白垩纪-古近纪灭绝事件(简称K-Pg灭绝事件)。当时不光是恐龙,体重25公斤以上的四足动物全部灭绝了。这一切,都是一颗据估计直径在10-15公里的小行星的杰作。
小行星撞击导致了恐龙的灭绝假如现在又有一颗类似大小的小行星或者彗星向地球袭来,人类有没有办法防御呢?有人可能觉得,以当前人类的科技水平,对付个小行星或者彗星应该不在话下,实在不行上核武器。但事情远没有你想得那么简单,结果很有可能是,“当时大意了,没有闪。”
年车里雅宾斯克陨石坠落时在天空留先说说小行星或者彗星的大小与产生的后果之间的关系。
5米以下的太空石头,基本上被大气层烧毁,落不到地面。10米左右的太空石头,能落到地面,形成陨石。20米大小,会产生很严重的后果。年车里雅宾斯克坠落的陨石就是这么大,爆炸强度相当于50万吨TNT,足以毁灭一座小城市。米的小行星,会造成严重灾难,威力相当于千万吨级TNT,能毁灭一个小国家了。年发生的著名的通古斯大爆炸,就是这个量级的小行星造成的。这也是人类文明史上有记录的最大规模小行星撞击。
通古斯大爆炸造成方圆多平方公里内1公里级别的小行星,撞击释放的能量,相当于亿吨TNT,能毁灭一个大国。如果落在陆地,足以产生大量的尘埃遮蔽天空,改变地球上的天气。如果落在海洋,会激起强烈的海啸。假如撞击地点距离海岸公里,海啸能高达42米。5公里级别的小行星,会引发全球性的生物灭绝。至于10公里以上的小行星,恐龙们的下场大家已经知道了。
小行星或者彗星对人类的威胁是明明白白的。除了外星人之外,有可能抹去人类文明的天灾,应该就是小行星或者彗星的撞击。
地球附近的NEO这里先要说明一下,小行星和彗星是不同的。小行星通常在木星内侧形成。其中对地球有威胁的小行星多数在地球附近活动,被称作NEO(nearearthobject)。对于这些NEO,NASA将它们登记在册,持续观察,尤其是直径在1公里以上的,基本上都有记录。它们的轨道通常变化不大,在可预期的未来,与地球相撞的概率都很低。
柯依伯带距离太阳30~50AU彗星则源自于海王星外的柯依伯带和奥尔特云,甚至有些彗星来自于太阳系之外,穿过太阳系之后可能再也不回来。换句话说,小行星的可预测性比较强,而彗星就难说了,尤其是从奥尔特云来的长周期彗星。
奥尔特云距离太阳很远,在到20万AU今年2月的《自然》杂志发表了一篇论文,认为造成恐龙灭绝事件的,其实不是小行星,而是一颗长周期彗星。这颗彗星在接近太阳时破碎,其中一个渣渣落到了地球上,把恐龙们顺便带走了。因此现在的问题就是,假如在木星轨道附近发现了一个朝向地球飞来的,直径40公里的彗星,比如著名的海尔-波普彗星,直径就有这么大。那么依靠人类现有的技术,有办法实施太空防御,从而避免地球生命大灭绝吗?
恐龙灭绝木星轨道距离太阳大约5天文单位(AU)左右,火星轨道大约是1.5AU。天文单位是地球到太阳的平均距离,相当于1亿5千万公里。彗星在向太阳的运动过程中是逐渐加速的,到近日点时速度最快。对长周期彗星来说,远日点有可能在1万AU以外甚至10万AU那么远,因此进入木星轨道以后已经算距离太阳很近了。假定彗星的平均速度是每秒钟30公里,则从木星轨道抵达火星轨道大约要天,然后再过30天和地球相遇。
地球和木星轨道相距4AU要阻止小行星或者彗星撞击地球,思路有两种。一种是改变小行星的速度大小或者方向。地球的直径将近1万3千公里,且以约每秒30公里的速度在运行。如果让小行星晚到大约多秒,则可以将地球错过。5年,NASA进行了一次名为“深度冲撞”(DeepImpact)的实验,撞击器撞击了坦普尔1号彗星。该彗星的尺寸为8x5千米。撞击产生的能量相当于4.8吨TNT爆炸。
深度撞击坦普尔1号彗星结果如何呢?坦普尔彗星的速度改变了0.毫米/秒,轨道改变了约10厘米。听起来是不是有点泄气?假如用核弹来炸,就算威力提升到万吨TNT当量,对彗星运动路线的改变恐怕也难以如愿。
用镜子照射小行星表面改变其速度有人还提出一个非常有趣的想法,用聚光镜将阳光聚焦到小行星上,让小行星喷出的物质逐渐改变其运动速度。问题在于,科学家计算后认为,要产生效果,这样的镜子需要有小行星一半的直径。单纯从技术上来说,实现这样的镜子不是容易的事情。预计今年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜,是人类第一个折叠展开的太空望远镜,花了多少钱、无数次延迟先不说,直径不过6.5米。因此,对于大型彗星来说,这种方法不切实际。
詹姆斯·韦伯太空望远镜既然改变速度的方法不行,再试试把彗星用核弹炸碎。但凡有好的想法,好莱坞先帮我们实现了,我们先来看看好莱坞的做法。年,美国有个科幻电影,叫做《世界末日》(Armageddon),讲的是NASA发现一个德州大小的小行星正在奔向地球,于是要派布鲁斯·威利斯为首的团队去小行星上钻一个米深的洞,安放核弹,把小行星炸碎。最后布鲁斯·威利斯、本·阿尔弗莱克等人,成功钻好了洞,并引爆核弹。这部电影当年的票房高达5亿5千万美元,甚至超过了《拯救大兵雷恩》。
电影《世界末日》海报这部电影的设定有很多问题。首先,小行星大小不可能有德州那么大,那要直径上千公里了。太阳系超过1千公里直径的就是矮行星,一共也没几个。就算是山东德州那么大都太大,那也要上百公里了。之前所说的,直径40公里的海尔-波普彗星,是人类已知最大的彗星。
太阳系里的矮行星其次,开航天飞机过去不现实,航天飞机飞不了那么远。不过这算是个小瑕疵,最关键的不在这里。片中最精彩的部分是去小行星上钻洞,而且引爆的时候由于遥控器损坏,布鲁斯·威利斯高喊“板载”,手动引爆,成了神风特攻。但其实钻一个两百米深的洞根本不需要这么费劲,该片导演迈克尔·贝需要了解一下钻地核弹。
迈克尔·贝是《勇闯夺命岛》、《珍珠港》、《变形金刚》等大片的导演
美国核武库中,B61钻地核弹,重约千克,50万吨当量,钻地深度能达到米。实际上,通常彗星或小行星都是比较松散的,土壤致密程度正常来说低于地球,像个蓬松的大雪糕。一枚B61打上去,别说米了,钻个千八百米深的洞都有可能。因此,感人至深、自我牺牲的布鲁斯·威利斯,实际上是被导演的无知害死了。
导弹挂架上的B61核弹洞打好之后,再将另外一枚核弹发射进入洞中。至于爆炸之后是什么效果,能不能把40公里直径的彗星炸的粉碎呢?其实我们看一下地球上的地下核试验就知道了。美国历史上规模最大一次地下核试验,是年的坎尼金实验(Cannikintest),挖了一个米深的洞,使用了将近5百万吨TNT当量的核弹。
坎尼金实验爆炸发生之后,原先16米直径的安放核弹的洞变成了60米。在爆炸中心地点,地面被向上最高抛起约6-7米高。但是,也仅此而已,地面都没有裂开。对于直径40公里的小行星来说,或许能在千米深度上炸掉一个角,但是能不能炸得粉碎,恐怕难讲。
坎尼金试验爆炸中心慢动作视频年,直径1.6公里的舒梅克-列维彗星撞向木星。这是人类第一次观测到彗星撞击地外天体的现象。后来有科学家做了计算,要用核弹消灭掉舒梅克-列维大小的彗星,需要一枚10亿吨当量的核弹。人类历史上制造的最大的核弹,是苏联的沙皇炸弹,当量万吨而已,核弹重达27吨。10亿吨当量的核弹,如果能造出来的话,质量估计为吨左右。
沙皇炸弹爆炸场面不仅现在人类没有这样的核弹,如何把这么重的核弹运到火星轨道还是个问题。长征五号将五吨重的天问一号发射到火星轨道,这已经是有史以来质量最大的火星探测器了。将吨质量的物体送到火星轨道,地球上火箭的起飞重量恐怕要达到2万5千吨。中国规划中的长征九号运载火箭,预计在二十年代中后期首飞,届时长征九号将超过美国登月使用的土星五号,成为人类历史上最大的运载火箭,而长征九号的起飞重量不过0多吨。
长征九号与土星五号对比至于为什么要在火星轨道拦截,道理很简单:拦截距离越远,小行星或彗星碎片继续朝向地球飞来的概率越低,而且还有第二轮甚至更多轮的拦截机会。而火星轨道基本上是人类化学火箭运送大质量物体的极限距离。
舒梅克-列维彗星撞向木星的总之,以人类目前的科技水平,对付直径为1千米上下的小行星,只是有可能而已,但是没把握。对于40公里直径的彗星来说,体积比舒梅克-列维彗星大了上万倍,炸掉它需要的核弹当量令人难以想象。对于10公里级别,能造成灭绝性灾难的小行星或者彗星来说,人类能做的事情没比当年的恐龙强太多,甚至更惨。恐龙们不知道灾难即将降临,快乐到了最后一刻,而人类则只能眼睁睁看着灾难发生。
撞击冬天当然,这样的撞击并不能让人类灭绝。撞击最可怕的其实不是撞击那一瞬间的爆炸与冲击波,尽管很多生物会在那一刻死去。由于阳光被烟尘遮挡,天气寒冷,形成所谓的撞击冬天。据认为,造成恐龙灭绝的撞击冬天,持续了大约30年。在这漫长的时间里,植物大量死亡,从而引起动物因缺乏食物而发生大灭绝,只有那些体型小的动物才能存活下来。不过以人类目前所掌握的科技,在没有阳光的条件下,仍可以用灯光照明生产粮食。虽然不能养活所有人,必然发生严重的饥荒,但人类灭绝是不可能的事情。