《宇宙与自然篇》小行星会撞地球吗-李 竞

　　主讲人简介：

　　李 竞：中科院国家天文台研究员，曾任中国天文学会理事；北京大学、北京师范大学、中科院研究生院兼任教授，主要从事恒星、银河系和天文史的研究。

　　内容简介：

　　我们都知道恐龙是出现在2.1亿年前，恐龙又灭绝在6500万年前。而这个地质纪年在一百年来有很大进步，精确度越来越提高。而没有发现任何一块恐龙的化石，年龄短于6500万年的，这已经是事实。那就是说恐龙在6500万年前，不知道因为什么事件，而突然地从地球上完全灭绝了。科学家通过推算认为，曾经有一个直径十千米的一个小天体，它以每秒40公里的速度，按照某一个入射角来撞击地球。然后撞出了一个大坑。

　　当年这个坑在大陆，随着沧海桑田，6500万年过去了。这个坑已经下沉到海底，而这次撞击由于地球大气的摩擦，它进入地球大气以后，就变成了一个高温的火烫烫的石头。它就形成了一个气柱，前头是气浪，这个气浪是高达两万度，两万度是什么样一个概念呢？两万度就是这个气浪之所及，一切的东西空气也好、水也好、恐龙也好、岩石也好，统统瞬间气化了。

　　现在的问题就在这儿，当年的地球霸主恐龙灭绝了，而现在如果真有一个小天体撞击地球，会怎么样？我们人类应该怎么办？我愿意告诉大家，就是国际天文学会给天文学家的任务是组织好搜索网，勤于观察，勤于跟踪观察，了解小行星的轨道和轨道的演变。如果这个小天体是个危险的小天体，是一个潜在危险的，希望给公众五十年的预警期。这五十年做什么呢？五十年做好消灾的一切准备，五十年的预警期，做怎么样的消灾准备呢？我们就要详细研究轨道和轨道的演变，然后找出各种方法来消灾。

　　（全文）

　　我们都知道恐龙是出现在2.1亿年前，恐龙又灭绝在6500万年前。而这个地质纪年在一百年来有很大进步，精确度越来越提高。而没有发现任何一块恐龙的化石，年龄短于6500万年的，这已经是事实。那就是说恐龙在6500万年前，不知道因为什么事件，而突然地从地球上完全灭绝了。最早的灭绝之说是根据达尔文学说，适者生存。认为恐龙受到了环境的改变，不适应，因此消失了。对于这个说法，天文学家提出了疑问，对达尔文学说提出了挑战。

　　在1980年有一个诺贝尔物理奖获得者，叫阿尔瓦列茨，美国籍的，可能是犹太人。他在全球做地质样本的放射性研究，全球去找地质样本来进行核物理的实验，他就发现在地质带上有一层，这一层可能几厘米厚、或者十几厘米厚，这个样本有一种元素叫铱。铱是比较重的元素，这种元素现在在地球表面上没有。因为它重，已经下沉到地幔之下了，所以自然界状态的这个铱的含量非常之少。可是在一个地层中，这个铱的含量反常。阿尔瓦列茨就拿它来进行测验，然后就用放射性元素方法，给这层地质样本来进行纪年，计算它的年龄。得到结果，就是这一层年龄，是6500万年。这一层就被科学界叫做K/T界，K是白垩纪，T是第三纪，白垩纪的终了就是恐龙灭绝时候。所以，谈到铱反常就谈到K/T界，这个阿尔瓦列茨在全球许多地方来找这个化石样本，都毫无例外，K/T界的铱元素是反常的。过了十年，一个资源卫星在空中进行红外扫描，可能还有雷达波的扫描，就发现在墨西哥湾的南端有个尤卡坦半岛，在尤卡坦半岛往海底伸，半岛之南的海中探测出来有一个直径是180公里的一个大坑，就是类似于月球上的环形山一样的一个坑。这个蛙人下去取样，然后到实验室里去给它放射性纪年，结果就是说这个坑形成的年龄，形成的时候是6500万年前。那这下子把三件事情就合在一起了，这三件事情合在一起，就成为其他的任何关于恐龙灭绝的假说所不能跟它比的，它能够说明的事情最多。而根据这块直径是180公里的大坑，往回推算，就是当年曾经有一个直径十千米的一个小天体，它以每秒40公里的速度，按照某一个入射角来撞击地球，因为这个可以从那个坑的样子推算出来。

　　当年这个坑在大陆，随着沧海桑田，6500万年过去了。这个坑已经下沉到海底，而这次撞击由于地球大气的摩擦，它进入地球大气以后，就变成了一个高温的火烫烫的石头。它就形成了一个气柱，前头是气浪，这个气浪是高达两万度，两万度是什么样一个概念呢？两万度就是这个气浪之所及，一切的东西空气也好、水也好、恐龙也好、岩石也好，统统瞬间气化了。气化就引起了周边的大火，周边的大火最后就蔓延成为洲际大火。洲际大火就造成了浓烟，就造成了所谓的核黑暗。这个核黑暗冷却之后就造成了酸雨。因为岩石整个变成气了，这样一来呢，这个小天体带来的铱就散布到全球。经过一个长时间的核黑暗，而这个小天体前头的冲击波相当于120万次八级地震，也相当于50亿个广岛原子弹。这样一场灾难，恐龙大概是受不了。在撞击点的附近，恐龙大概都气化了。而随着核黑暗，光合作用失效。光合作用失效的结果，所有的食草恐龙，当然就灭绝了。那么食肉恐龙也就没有食物了，食物链整个就破坏了。所以在短短的一个时段，这个恐龙就灭绝了。这个时段有多长呢？这个时段也可能有一两千年，不是说昨天出现了小行星撞击，今天就灭绝了，不是这样的。但是一两千年这个时段，对于地质史来说那当然是一瞬间，跟6500万年这个时段来比还是一瞬间，所以应该说恐龙就是瞬间就灭绝了。

　　而所有的这些推论都是根据对于那块陨星坑运算的回顾，就是小天体有多大？以多高的速度？以什么样的入射角来撞击？现在我们看见的是这个后果。那么小天体从哪儿来的？我们得讲讲这小天体的来源，在18世纪有两个天文学家，一个叫提图斯，一个叫波得，这两个人彼此并不认识。那个时候也很少有像今日的科学交往，各自研究自己。他们不约而同就发生一个事实，这个事实是什么呢？就是太阳系的五大行星，当时还只知道金、木、水、火、土、五大行星，这五大行星包括地球在内，六个天体跟太阳的距离是一个简单的关系。这个简单的关系可以用一个非常简单的数学公式来描述，变数是n，这个没有理论，完全是经验关系，是凑出来的。这个凑的结果，这个关系式跟实际情况对应得非常之好。我们看一看，先看头四行，水、金、地、火，再加上木跟土，如果n要等于几个整数，第一个是负无限大，然后是0、1、2、4、5的话，你们看看得到的结果，用简单的公式就是0.4、0.7、1.0、1.6、10.0，这就是那个简单的公式得的结果。而实际情况你们看看符合得多好，实际情况是观测的结果，而理论结果差别很小，理论就那么简单，符合得这么好。这里呢，就给天文学家提出了一个信息，就是当做n要等于3的时候，这距离上的2.8那个位置，就是地球是1，在离太阳到2.8的那段距离应该还有一个行星，可是现在没有。那么自从提图斯跟波得提出来这个学说之后，一些天文学家就要用望远镜去找，看看火星之外，木星之内是不是还有一个行星没有被人发现。就找这个失去了的行星，这是18世纪的事。

　　到了1801年1月1号，一个意大利天文学家拿望远镜也在那里搜寻，结果真正发现了一个天体。这个天体根据简单的运算，就知道它是在火星之外木星之内。真是找到了一个小天体，它跟太阳的距离是2.9。要按照提图斯-波得定则，在2.8那个地方应该有个小天体，这个小天体2.9，轨道也接近于圆轨道。然后进一步计算，就要算出来它的大小。算出来大小之后，天文学家就大为失望，就是这个行星，因为它也是围绕着太阳转的，也近似圆轨道，这个行星的直径不到一千公里，比月亮小多了，比地球小多了。那么这个行星能不能算做行星呢？因此，就给这样的一个小天体起一个名字叫做小行星。在随后的44年中，天文学家用望远镜用肉眼又发现了四个。

　　到1850年，天文学家开始不用眼睛观天了。开始用照相底片作为辐射接受器，照相底片跟眼睛有很大不同，照相底片可以累计曝光。你眼睛只能看一瞬间。而照相底片可以长时间曝光，曝光几分钟，曝光上几小时。这样长时间地曝光，就可以看见更多的暗天体。正是由于掌握了一个新的技术，对于这个小行星的领域之内，44年发现了四个小天体。可是后来半个世纪就一下子把这个总数增加到了450个，到了1949年虽然经过了两次世界大战，很多天文学家都投笔从戎了，很多天文台也都不能正常工作了。即便这样子，在20世纪的上半叶也把450一下增到了1600。随着到了20世纪末，天文学家又有一种新的辐射接受器，这个辐射接收器你们一定不陌生，就是你们数码相机里的CCD。你们数码相机不用胶片了，是用那个可以反复使用的CCD。天文学家在20世纪的90年代把CCD用到天文，作为辐射接收器，跟计算机联网，连在一起。有了这个工具之后，因为移动天体怎么发现的呢？过去是照张底片，然后呢，把它搁在一边，你再照张底片。如果新的这张底片中有小天体，这小天体呢，因为它在火星之外，木星之内，它在天上有运动。你长时间曝光，你曝光二十分钟，你是跟踪了恒星，你可是没跟踪那个小行星，那个小行星在底片中就变成一个小长块。然后把这个新照的底片跟旧的底片在实验室里对比，一个底片中没有这个小长块，一个底片中出了这么一个小痕迹，发现了这个新的小行星，这就是这么发现的。而有了CCD之后，这些工作都不用人做了，全是计算机给做。计算机给你对比，你人要对比一张底片，可以用三小时才能对完，计算机一秒钟就把这问题给你解决了。这个有了新的仪器之后，就事半功倍了。到了2000年年底，这数字一下就变成24万，可不是天上的小天体多了，而是你工具改进了，这就是工具的改进促进了科学技术的进步。

　　我们看这个图，左边这个图是在火星之外木星之内，叫做小行星带。40多万个密密麻麻在这儿，由于它们体积小，最大的一个不超过一千公里，小的只有一米两米，可能还有更小的。这些小石头因为体积太小了，它们几乎没有一个是圆形的，都是一个不规则的像太湖石的样子，这就是小行星普遍的形态。现在出现了一个新名词，小行星都在火星之外，它怎么会近地了呢？火星之外还隔着一大截，火星离我们并不近，如果地球到太阳的距离是1，火星到太阳的距离平均距离是1.5，木星到太阳的距离是5.2，地球到太阳的距离，光线要走8分19秒，那么火星到太阳的距离就是要走将近13分钟，而木星到太阳的距离要走四十一二分钟。所以火星到木星中间有个相当大的一个空间，它们都在那儿，怎么会跑到地球这儿来？怎么来的？

　　而确确实实曾经有过来的小行星，像使恐龙灭绝的小行星。如果真是这样的话，跑到地球而且撞上地球，天文学家就把这样的小天体，这样的小行星叫做近地小行星。它们怎么近地的？原来它们是在火星之外，木星之内一个圆轨道。当这样的一个小行星如果它在轨道运行中走到了木星附近，被木星强大引力所扰动，这个在天文学里有个专有名词，叫做摄动。这个结果就改变了这个小天体的轨道。改变了轨道之后，这个小天体有两种命运。一种命运，这个小行星甩出内太阳系，甩出这一环，跑到土星那边去了，给甩出去了。另外一个可能，给甩进来了，无论甩出去还是甩进来，轨道都改变成了一个椭圆。依然以太阳作为轨道的一个焦点，这个椭圆原来是近圆轨道，经过木星引力干扰变成椭圆的轨道，就有可能接近地球。所以小行星在火星之外跑到地球之内一个重要原因就是木星引力场的作用，致使小行星的轨道改变。从它原来的主带中，主小行星带中跑到了太阳系里边来了。它甚至于可以接近水星，可以接近金星，接近地球，接近火星。

　　那么今天这些数据怎么来的呢？这又有一个契机，就是1994年你们知道曾经发生了一个事件，这个事件是人类所从来没有经历过的，就是彗木碰撞。有一个彗星正好走到木星附近，而这个彗星又不是一个铁疙瘩，而是个比较松散的、像太湖石这样的一个松散的、一个固态的大石头。由于走到木星附近，被木星的引力扯动了，它就变成了21个碎片。每个碎片大概都是一两公里，这21个碎片就跟原来的整体质量就差多了，如果平均分也是每一块变成原来质量的二十一分之一，质量改变，就改变了轨道。改变了轨道，它回归木星的时候，就绕不过去了，就撞到木星上了。这件事情被天文学家拿眼睛看到了，当然事先算出来了，确确实实看到了一个小天体撞到行星的样子。人们就不禁发问，这是撞到木星了，如果类似情况撞到地球会怎么样呢？这就变成一个引人关注的事情了，因此就在1994年国际天文学会的某一个专业，小行星专业，就专门召开了国际会议。这次国际会议是在意大利一个岛上召开的，中国紫金山天文台跟北京天文台都有代表参加。参加之后，至少就形成了一个要建立近地小行星搜索网的共识。首先天文学家得发现它，发现它以后才能跟踪看它的轨道，研究它的轨道的演变。如果有了紧急情况，那就要想办法来消灾。而小行星要撞击地球，这件事情几乎不可避免。之所以说不可避免，因为我们随时随地都经过小天体的轰击，就是流星，包括流星雨。它很小，就是毫米级的，落到地球上的流星跟流星雨的灰尘每年也给地球增加的分量超过十万吨。以十万吨为计的，来自天体的固态小质点。而大一点的呢？这事情呢也并非极其罕见。拿发生在我们祖国大地的来说，在1976年3月8号那天早晨在吉林上空出现了一个火流星，这个火流星由于轨道倾角的关系，就串进地球大气了，进入底层。然后在高空220公里处爆炸粉碎了，其中最大的一块一千七百七十公斤，这块大石头就散落在吉林郊区。

　　另外一件事情，就是有名的通古斯事件。这件事情发生在将近一百年前， 1908年6月17号，曾经有一个六十米大小的，这比吉林陨石要大多了，六十米大小的，一个小天体，在8.5公里高空爆炸。这都是后来算出来的，根据后果算出来的，这个动能相当于一千万吨TNT炸药。那个事件是这样子，当时全球的地震监测仪器都记录到那个地震波了。而且在它的南方，因为它是落到了西伯利亚的无人区，叫做通古斯。所以称为通古斯事件，这就是现在的陨落地点周围的情况，两千平方公里树木全是倒伏的。当它过了90年之后，就是1998年，过了90年，在当地又开了一次国际会议，这次国际会议再一次确认它并没有一个大块的实体落到地面上，而是冲击波冲出来的。而周围散落的尘埃，可以鉴定出来，确切它已经气化了，然后又降落在周围地面。

　　现在的问题就在这儿，如果今后真不是狼来了，而是真有一个小天体撞击地球，会怎么样？我愿意告诉大家，就是国际天文学会给天文学家的任务是组织好搜索网，勤于观察，勤于跟踪观察，了解小行星的轨道和轨道的演变。如果这个小天体是个危险的小天体，是一个潜在危险的，希望给公众五十年的预警期。这五十年做什么呢？五十年做好消灾的一切准备，五十年的预警期，做怎么样的消灾准备呢？第一首先是详细地来研究轨道和轨道的演变。因为使得轨道变动的因素太多了，所以不断地观察，不断地确切来预告今后的发展。

　　第二，如果碰撞是不可避免的，那么就要采取措施。措施的方案现在已经有了。但是最好不要实施，咱们也没有经验，也没有做过实验。这很难做实验，所以才给五十年的预警期，如果经过天文学家仔细地观察跟认真地分析，它是石质的小天体。这个小天体主要是石头，那么如果是这样的话，可以采取爆破的方法。比如说把它一分为二，一分为三。可以远程去向它发射一个导弹，也可以飞近以后填装爆炸物，只要它一分为二，最少得一分为二，或者一分为三之后，每一块剩下的残片都不再是原来的质量了，今后的轨道就失之毫厘，差之千里。如果原来的轨道是奔着地球而来的，就会擦肩而过。这就是一种防灾的方法，我们人无法胜天，像这样的事情你不能不叫它来，但是防灾可以有方法。如果它是一个铁质的，那可需要谨慎行动，如果对它起爆，弄不好反而要遭灾。如果是铁质的话，现在天文学家提出的方案，就是派上飞行器去跟踪它，比如跟它并行，跟它并行的时候终于有一个时刻，就是人造天体跟小天体的相对速度等于零。在这时候，甚至于可以用机械臂去推它一下，这个不是太难的事。两个速度都等于零，相对速度等于零的时候，这个推它并不是要千斤之力，推它一下轨道就变了。我说的是容易，但人类还没有这样的实践，科学还没有这样的实践，因此还有五十年的预警期。

　　到现在为止科学家已经发现有危险的近地小行星有四个，根据中国天文学家对四个小行星的观测，根据轨道的计算和轨道演变的精确测定，五千年之内保平安。但是并没有说没有第五个、第六个，因此要勤于观察。你得尽职尽责地去发现小行星，找出小行星中的近地小行星。然后跟踪观察来研究它的轨道，这就是天文学家今天的职责，我的报告完了，谢谢大家！