當彗星分裂時,如果它們撞上地球,碎片造成的破壞是毀滅性的!

2020-12-04 科學源點

彗星解體是一個永遠不會過時的話題。星際彗星2I/鮑裡索夫在不久之前才分裂成兩塊。儘管那顆彗星正加速離開太陽系,再也看不到了,但大多數彗星並沒有離開太陽系。它們中的大多數繞太陽運行,一次又一次地返回太陽系內部。

在太陽系的歷史深處,彗星比現在多得多。沒有人知道有多少顆彗星,但彗星中含有大量的水冰,科學家們普遍認為,地球獲得全部水的方式之一是在很長一段時間內受到大量彗星撞擊。

發表在《皇家天文學會月刊》上的一篇論文就研究了彗星碎裂對地球構成的潛在威脅。認為彗星的解體可能對地球上生命的消長起到了一定的作用,並可能會再次發生。在論文中提到了楊格·德萊亞斯邊界,大約發生在12900至11700年前。地質證據顯示,在此期間,地球北半球經歷了一段快速降溫的時期。

楊格·德萊亞斯是地球歷史上一個值得注意的時期。這是中斷地球變暖的幾次時期之一,而變暖始於大約25000年前。長期以來,研究人員一直在想,由於從那時起地球北半球的鉑塵含量很高,是否存在導致楊格·德萊亞斯期變冷的天體原因。

正如作者在論文中所寫的那樣,天體的原因「……是由北半球30個地點的高濃度富鉑塵埃邊界的存在所支持的。」還指出「存在諸如玻璃微球,納米金剛石和估計一千萬噸的電磁球之類的撞擊衍生物,這些撞擊被認為是撞擊源。」此外,作者還提到了動植物迅速變化的證據,加上鉑和其他天體撞擊的跡象,以及氣候的迅速冷卻。他還引用了同時發生大規模野火的證據,認為當時高達10%的地球生物量在數周內燃燒,也許只有幾天。

從某種意義上說,證明撞擊事件是導致楊格·德萊亞斯變冷的原因,這些證據只是冰山一角。在論文中,作者還引用了許多其他的研究。這其中就包括在2010年,他在MNRAS發表的《舊石器時代的滅絕和金牛座情結》一文。在那篇論文中,他提供了一個50到100公裡的大彗星破裂的證據,其中一些彗星撞擊了地球。他認為,這次撞擊造成了快速降溫,也造成了金牛座流星雨。在那篇論文中,他還寫道,「流星流中的亞公裡天體可能在人類關注的時間尺度上呈現出最大的區域影響危害。」

在本論文中,他將更詳細地模擬先祖彗星的解體,看看是否可以在當時的天文環境和地球記錄之間進行合理的匹配。更詳細地說,是討論這類彗星在過去氣候變化中的作用。

這種類型的研究大多著眼於Encke彗星,也就是2P/Encke。這是一顆周期性彗星,首次記錄於1786年。許多研究人員都想知道,Encke是否是造成像楊格·德萊亞斯變冷這樣的陸地事件的原因。甚至有一些證據表明通古斯事件是一大塊Encke彗星撞擊地球的結果,我們現在所看到的Encke只是它以前的體積的一小部分。

這就引出了這項研究的一個重要部分。彗星確實會分裂,我們知道這一點。彗星不是固體巖石塊,它們含有大量的裂縫和空隙,在這些空隙中有冰凍的揮發物。當彗星接近太陽時,它會升溫。當其中一些揮發物升華成氣體時,彗星就會分裂。根據彗星解體時的大小和軌道,散落碎片的橫截面或軌跡長度可能很快變得比地球大。這意味著,與彗星核相比,碎片產生的影響要大得多。與這些碎片群的接觸是本論文的主要內容。

論文關注的是所謂的木星家族彗星,其中Encke彗星是其中的一員。(Encke實際上是一個稱為Encke型彗星的亞群的成員,其軌道沒有到達木星。)這些彗星受到木星的引力影響,軌道為20年或更少。Encke本身每3.3年繞太陽運行一次。由於這些彗星經常前往太陽系內部區域,它們對地球的風險更大。

作者創建了直徑分別為20 km,50 km,100 km和150 km的木星家族彗星的模型。這些模型遵循彗星的演變,歷時10,000年。論文指出,儘管彗星因升華而失去質量,但在100世紀的模擬中,質量損失比由於破碎而引起的質量損失要低幾個數量級。當彗星被太陽加熱時,它最有可能發生在近日點附近。

最終的結果是:大多數模型「……預測了大約750-1500個分裂事件,在6000-20000年的時間尺度上,每個質量>10^17gm的碎片簇產生。以30公裡的相遇的速度,10^17克的碎片攜帶著107兆噸的撞擊能量。」相比之下,美國在日本廣島投下的炸彈只有15千噸。

在任何可能的情況下,所有的碎片都不會撞擊地球。碎片的痕跡會在近日點期間擴散,但在遠日點期間會再次縮小。碎片軌跡的長度隨著時間的推移變得更長,接近近日點。但同樣,撞擊能量也會隨著速度的降低而降低。

簡言之,研究表明:彗星在與太陽系內部相遇時很可能碎裂並失去相當大的質量。碎片軌跡可以擴展到比地球更大的橫截面,增加了與地球碰撞的機率。此外,碎片具有相當大的撞擊能量。但隨著時間的推移,這種能量減弱,碎片痕跡再次收縮。

根據這篇論文和其他類似的研究,彗星碎裂並不罕見,但卻對人類構成了真正的威脅。有相當多的證據表明,彗星的解體形成了地球的氣候,就像楊格·德萊亞斯時期。彗星碎片可能導致了阿卡德帝國的滅亡。

在論文的結論中,作者寫道:「以Encke彗星為原型,模擬了一顆大彗星在短周期軌道上的解體過程,發現了對一個或多個短時間的流星『颶風』的合理預期。在主彗星解體的過程,其強度遠遠超出現代經驗。」

一顆彗星可以產生多顆流星「颶風」的事實令人不安。不僅僅是來自大型物體的撞擊造成了威脅。在這樣的相遇過程中,可能會產生足夠的流星煙霧,從而產生持續數年的突然降溫,以及大範圍的野火。作者在論文中的最後一句話是:「在公元前12900年,楊格·德萊亞斯邊界開始時,地球上的混亂和公元前2350年左右早期文明的同時崩潰,可能是由這種性質的事件引發的。」

美國航天局和其他機構正忙於編目可能撞擊地球的潛在危險物體,主要是小行星。而即將到來的雙小行星重定向測試(DART)任務將測試技術,以重定向一個潛在的危險小行星。但是小行星不像彗星那樣容易分裂。已經有一些關於如何處理危險彗星的研究,特別是通過雷射偏轉它們。

但就保護地球不受彗星及其碎片流的破壞而言,我們還有很多工作要做。

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