通古斯大爆炸 小行星撞击地球之劫
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- 发布时间:2010-02-04 10:48
末日景象
在俄罗斯西伯利亚中部，这是一片一望无垠、渺无人烟的荒野——到处是湿地、沼泽地以及长满松树和杉木林的丘陵地。万籁俱寂、阴森森地令人不寒而栗，偶尔可听到在晨曦下吃草的驯鹿走过的足蹄声以及密密麻麻、成群结队的蚊子发出的嗡嗡声。
这一天清晨，这里的宁静被打破，酣睡中的人们被震天动地的响声惊醒。一个燃烧着的、比太阳还亮的怪物拖着浓烈的长长烟火尾巴，带着呼啸的阵阵巨雷声，在几秒内从东南偏南方向高速移动，留下一道长约800千米的浓浓光迹，消失在地平线外。火球在离地面6千米的上空爆炸，升起了一团巨大的火焰。一声震天动地的巨响，一团蘑菇状的滚滚浓烟直冲到20千米的高空，接着降落了一阵石砾和灰尘的黑雨。爆炸力异常之大，离西南方向约600千米处，横贯西伯利亚的特快列车出现了强烈的震动，火车司机发现火车前面的铁轨呈波浪状起伏，司机立刻紧急刹车，接着从远方传来轰鸣声。在距爆炸地点2250千米远的地方都能听见排炮似的爆炸声，大地为之震颤。
离爆炸地点约有970千米的伊尔库茨克和4000千米的圣彼得堡市地震测量站，记录了这次爆炸。随后对这些记录的分析表明，地震的震中与爆炸地点正好吻合(北纬60度55分，东经101度57分)，并证实了爆炸发生的准确时间：当地时间上午7点14分，格林尼治标准时间零点14分。
大气层中强大的冲击波还使空气产生异常的振动。在爆炸1小时后，伊尔库茨克的地磁和气象观测所记录下了空气的异常振动和地球磁场扰动，磁暴持续了4个多小时。接着在4小时14分以后，相距5000千米的波茨坦以及8小时以后的华盛顿都分别有空气异常振动的记录。
当时的通古斯周围尘土飞扬、烟雾弥漫，云堆里火舌缭绕，灼热的气浪此起彼伏地席卷着整个森林。2015平方千米内的6000万棵树呈扇面形，从中间向四周倒伏，15000多头驯鹿在大火中化为灰烬。熊熊的森林大火连日燃烧。爆炸后的几天里，通古斯地区方圆1.5万千米范围的天空布满了罕见的光华闪烁的银云。日落后，夜空便发出万道霞光。东至勒拿河，西至爱尔兰，南至塔什干、法国波尔多一线的北半球广大地区连续出现了白夜现象，即使远在西欧，竟然能在夜间不用灯火看报。在美国，史密松天体物理天文台和威尔逊山天文台观测到几个月来大气的透明度有降低。
据伊尔库茨克地震站的记录，通古斯大爆炸的能量相当于1000万吨至1500万吨TNT炸药，是广岛原子弹爆炸能量的1000倍左右。有关这次爆炸的原因，没人非常确定，因为人们至今仍没发现流星体产生的碎片。这次爆发的规模是如此巨大，它烤焦了方圆800英里的地面，所经之处，树木全被烧光。一代又一代的科学家提出了种种假说用来解释“通古斯大爆炸”发生原因。
世纪悬疑
通古斯大爆炸发生后，虽然有当地观测人员忠实地记录了第一现场的很多细节，比如强大的冲击波以及对人体带来的烧灼感等。但由于通古斯过于荒凉，一直到20世纪20年代，在前苏联政府的资助下，一个名叫库利克的矿物学家才首次进入爆炸中心地带。目睹了劫后的第一现场，库利克大失所望：爆炸中心并没有留下什么陨铁，甚至连陨石坑都没发现。而根据人们一般的认识，小行星撞击通常会有陨石坑产生。
1930年，美国科学家提出一种新理论试图来解释通古斯大爆炸。那就是肇事者可能是松散、质量较轻的彗星，而不是小行星。由于彗星在高空就爆炸了，自然不会在地面留下陨石坑。这一理论在此后的几十年中，一度被广为接受，甚至到了2007年初，仍有俄罗斯科学家相信“肇事者”就是一颗冰彗星。但这个理论存在很大缺陷：2001年，研究人员发现，其撞击的路径更接近小行星轨道，而非传统的彗星轨道。此外，如果是彗星所为，意味着其密度大约只有每立方米三公斤。这是一个极低的密度，相当于地球的1/1800，甚至只有空气的两倍。此后，人们又提出了各种假说，试图揭开笼罩在这次大爆炸身上的迷雾。
1945年，美国在日本广岛和长崎首次在实战中使用了原子弹。一些研究人员敏锐地发现，通古斯大爆炸的场景与核爆炸极其相似：都产生了强大的冲击波、高温乃至随之而来的辉光等。一个大胆的猜想随即诞生：会不会是一艘外星人的核动力飞船失事，从而导致这场大爆炸？虽然这个说法一度受到公众以及科幻作家的热烈追捧，不过，这注定是一个难以证伪亦难以证实的猜想。毕竟迄今为止，人类尚没有发现任何外星生命存在的确切证据，惶论更加高级的文明形式。
同时期出现的其他比较科学的解释，主要是反物质理论和微缩黑洞理论。物理学家已经预测，并在实验室中成功地制造出过反物质。普通物质是由带负电的电子和带正电的原子核构成的，而反物质则是由带正电的电子和负电的原子核构成。一旦物质与反物质遭遇，就会全部湮灭，转化成巨大的能量。这个理论解释通古斯大爆炸同样缺陷明显，因为如果物质与反物质遭遇并湮灭的话，不仅会产生大爆炸，同样会产生高能伽马射线等。但迄今为止，人类在与地球相邻的宇宙空间中，都未观测到这种湮灭存在的迹象。
微缩黑洞这个概念，最早是《时间简史》的作者、英国剑桥大学的斯蒂芬·霍金教授提出的。这些米粒大小的黑洞，是宇宙创生时留下的遗产，其重量一般相当于数百个地球。但是，如果通古斯大爆炸的确是微缩黑洞造成的话，那么这个黑洞的出口又在哪里？而且，如果是黑洞造成的话，会有长时间的地震信号存在，但事实上并没有。在1908年，包括美国在内的很多国家都已经对这种信号具有了监测能力。
近年来，随着超级计算机的应用，人们可以更好地模拟天地大冲撞的过程，小行星撞击说已经得到越来越多的认同。因为模拟显示，一颗直径为50米的小行星，就足以引起这场能量比广岛原子弹爆炸高出千倍的大爆炸。同时，如果小行星的主要成分是石头而非铁，也不会留下陨石坑。
“暴戾时代”
实际上，在地球45亿年的历史上，比通古斯大爆炸更为惨烈的天体撞击事件有很多。像6500多万年前导致恐龙和大批生物灭绝的事件，就被认为很可能是由于一个直径为10千米的小行星撞击造成的。由于之前的大撞击并没有留下文字记录，就此而言，通古斯大爆炸的确是惟一有历史记录的大撞击事件。此前的大撞击不仅没有文字记录，地球上变化的气候、地质活动以及人类活动还会使得很多撞击的痕迹逐渐被岁月湮灭。我们已经很难还原出史前时代乃至太阳系幼年时代的图景。幸运的是，在月球以及火星上，虽然也有火山爆发等活动存在，但由于没有雨水冲刷侵蚀以及人为破坏，保留下了大量撞击之后形成的“第一现场”。
像月球背面的南极-艾肯盆地就被认为是典型的“撞击现场”。一般而言，小型的撞击因为能量有限，只能形成陨石坑，而大型的撞击则会形成盆地。这个盆地的直径达到了2600千米，深度超过12千米。仅从这个盆地的尺寸，就可以想象当初的撞击力度。但这还不是太阳系中最为暴戾的撞击遗产，比月球上这个盆地尺度更为骇人的，是火星上位于北半球的伯勒里斯盆地——这个盆地的直径超过了一万千米，面积则相当于亚洲、欧洲以及澳大利亚的总和。这也是整个太阳系中，迄今为止发现的最大的撞击盆地。
从1970年代，美国发射的“维京号”飞船传回火星地表的图象之后，这个星球奇特的地貌特征就一直困扰着科学家。因为它是一个典型的“阴阳脸”：南半球基本上是崎岖的高原，陨石坑密布；北半球却地势低洼，多为平原或者盆地。
有两个理论是可能的解释。一种理论认为，火星这种地貌的形成是火山等强烈的内部对流造成的，冷却的熔岩形成了北半球的低地平原地形。然而，重量仅为地球1/10的火星是否足以支撑形成这么大面积的盆地？这是个问题。而且，如果按照这种理论的话，北半球的岩石年代应该相对年轻，但事实上并非如此。另外一种可能，则是在太阳系的幼年时期，火星曾经遭遇到小行星的猛烈撞击，导致整个北半球表层在强大的撞击下被剥夺，留下了巨大的撞击盆地。1984年，美国康奈尔大学的科学家，首次提出这一理论。然而，在火星上，科学家没有观察到典型的环形撞击痕迹，这是一个问题。
因为火星上后来发生的火山运动，很大程度上覆盖了当初撞击的痕迹，要精确地透过数十千米深的熔岩还原当初的撞击痕迹，的确不是件容易的事情。但美国发射的两个火星探测器——“火星勘测者轨道飞行器”和“环火星勘探者”，成功地利用不同岩石结构重力的区别，还原出了当初的撞击轮廓，以及相应的海拔高度。通过数据重建，天文学家终于获得了完整的撞击痕迹：这不是一个环形的盆地，而是一个椭圆形的盆地。这意味着，其时，这颗小行星沿着一定角度撞击火星，而非垂直方向。
计算机模拟显示，在大约40亿年，一个直径超过1600千米的小行星，沿30度到60度角方向，以每秒6到10千米的速度撞向火星北半球。这次撞击产生的能量，相当于10的16次方个广岛原子弹。因此，火星北半球大面积的表层都被摧毁，只留下一个巨大的、面积相当于火星整体40%的盆地；余波也影响到南半球，一些小的二次撞击加上倾泄而来的北半球表面，使得南半球更加崎岖。
应对小天地威胁
火星上的这次撞击，虽然形成的盆地是太阳系中最大的，但撞击能量未必是最大的。科学家们猜测，太阳系的另外一个行星——水星，可能也遭遇过同样巨大的撞击，且整个表层都被撕碎了。而月球的形成或许也是同时期小行星撞击地球的后果。据测算，产生月球的这次撞击能量比火星大撞击还要高出上百倍。当然，这种“大轰炸时期”仅仅是太阳系产生早期的特有现象，早在38亿年前就落下了帷幕。
但是，小行星撞击地球诱发地球气候、环境灾变和生物灭绝事件，在地球的演化历史过程中屡见不鲜。古生物学家根据生物化石记录将地球历史中的22次生物灭绝划分为：
大型灭绝：生物科类和种类的灭绝数分别为>50%和96%
中型灭绝：生物科类和种类的灭绝数分别为>20%和50%
小型灭绝：生物科类和种类的灭绝数分别为>10%和30%
根据已有的研究，至少有10次以上的生物灭绝事件是由小行星撞击地球所引起。直径大于1千米的小行星撞击地球，将诱发全球性的气候、环境灾变与生物灭绝事件，撞击地球的几率大约是一亿年一次。导致恐龙灭绝的那种小行星撞击，发生的概率即是如此，然而人类仍不能掉以轻心。
以通古斯大爆炸为例，如果晚3个小时发生，很可能会击中莫斯科；一旦这个小行星击中伦敦市区，方圆40千米之内的上百万人都会丧生。从1980年代以来，随着技术的进步，美国和加拿大等国的人们已经开始对可能威胁地球的近地小行星进行观测。当然，由于观测精度有限，目前监测的还大多是直径1千米以上的小行星。截至目前，全世界已经确认的直径超过1千米的近地小行星，已经接近750颗。这个数字比30年前增加了近20倍。
但直径在1千米内的小行星的威力，对于人类仍然是一个严重的威胁。即使直径仅数百米的小行星，一旦撞击到地球表面的海洋中，可能形成巨大的海啸，将造成比2004年底印尼海啸更为惨重的人员和财产损失。
因此，美国正在考虑将监测范围从目前的直径1千米下降到300米至400米。但是，在科学家看来，这就意味着需要监测的小行星数目将比现在高出10倍以上，这需要大量的人力物力投入。而通古斯大爆炸表明，即使是直径在50米上下的更小行星，依然可能构成威胁。显然，真正建立起一个可以洞察任何天外威胁的“太空卫士”网络，并不那么容易。有一点共识是：尽量提高监测水平仍是必要的。尺寸更小的行星破坏范围也相对小，哪怕提前数个小时进行疏散，也将避免大的伤亡。
天文学家测算，类似通古斯大爆炸这样的撞击，大概每500年到1500年才会发生一次。那些足以改变地球的气候模式甚至导致整个文明毁灭的撞击，则更为遥远。当然，这些假设，都是建立在撞击事件沿时间尺度平均分布的基础上的。而宇宙的性情是如此地让人琢磨不透，使得我们永远无法确定性地预测未来，无论是与否。
愿自然法则保佑人类，最起码在有限的未来。
来源：《中国国家天文》、《钱江晚报》等
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