地球接受外太空各種「饋贈」 但沒你想像的那麼愉悅!

巴林傑隕石坑被認為是小行星撞地球留下的痕跡

　　近日，美國國家航空航天局（NASA）的OSIRIS-Rex探測器伸出機械臂，為即將進行的採樣工作進行了測試。這個2016年踏上旅程的探測器的目的地是小行星貝努，計劃於2023年攜小行星樣本返回地球。

　　這只是人類探索小行星的一個節點。而人們對小行星的好奇，一部分由於它可能給地球帶來的威脅——小行星撞地球不僅出現在科幻電影裡，也曾發生在真實世界裡。地球上一些巨大的隕石坑，就是它們當年造訪地球時留下的印記。

　　作為茫茫宇宙的一員，無法獨善其身的地球一直接受著來自空間環境的各種「饋贈」。從天外來客到太陽輻射，它們到底對地球產生哪些影響？

　　見證歷史的隕石巨坑

　　美國亞利桑那州，一片平坦高原上，有一個外表很壯觀的大坑。大坑的直徑約1240米，深度約170米。這個坑就是著名的巴林傑隕石坑。

　　早在1891年，美國地質學家偶然發現了這個環形巨坑。起初，科學家認為它可能是一個死火山口。10多年後，採礦工程師巴林傑對這一巨坑產生了強烈興趣。

　　巴林傑堅信，巨坑是隕石撞擊而成的。為尋找「肇事」的隕石主體，巴林傑投入大量人力物力，最終卻未能如願。他是首個指出巨坑為隕石撞擊坑的人，巨坑後來以他的名字命名。

　　據科學家推算，大約5萬年前，一顆直徑約50米、重達30萬噸的小行星，以每秒25公裡的速度衝進地球大氣層，撞擊了如今的美國亞利桑那州，形成了今天人們所看到的巨坑。

　　儘管早在1906年，巴林傑發表了論文，論證巨坑成因為隕石撞擊。但事實上，直到1960年左右，尤金·蘇梅克等人才在巨坑中找到了最關鍵的撞擊證據——柯石英和斯石英。

　　「這兩種礦物只會在含石英的巖石受到瞬間巨大壓力時才會產生，就目前所知，只有在撞擊事件和核試驗的環境下才可能形成。」中國科學院院士、南京大學教授陳顒說道。據測算，形成巴林傑隕石坑的這次撞擊所產生的能量，相當於廣島原子彈爆炸的150倍。

　　蘇梅克對巴林傑隕石坑的研究方法和發現的關鍵證據，為此後隕石撞擊坑的鑑定提供了範例。受後來的地質過程影響，大多數地球早期的撞擊坑被磨滅消失了。據不完全統計，在地球上約有150個依然可以辨認出來的大撞擊坑，其中直徑大於100公裡的僅有5個。

　　陳顒舉例道，位於加拿大魁北克省的曼尼古根隕石坑，直徑約100公裡，是目前地表上已知第五大的隕石坑。它是在約2.1億年前，由一顆直徑約5公裡的天體撞擊形成。

　　恐怖的第五次生物大滅絕

　　小行星撞地球，留下的不僅僅是隕石坑，可能還帶來了一些稀有元素。比如在元素周期表上排第77位的銥。

　　物理學家阿爾瓦雷茨發現，全世界生成於距今6500萬年時期的黏土中，銥的含量大幅增加。他認為，這些銥元素來自地球以外，是小星體碰撞地球時帶來的，碰撞的時間在中生代的白堊紀（K）和新生代的第三紀（T）之間，據此提出了地質學上著名的K-T線。

　　所謂K-T線，是指介於白堊紀和第三紀之間的界線。界線，意味著代紀的更迭、物種的消亡與新生。白堊紀末期，發生了第五次生物大滅絕事件，一度主宰陸地的恐龍也未能逃脫。這一場大災難因何而起？

　　在阿爾瓦雷茨看來，這場災難是由小行星撞擊導致的。據推測，約6500萬年前，一顆直徑在10—30公裡間的小行星以每秒20—40公裡的速度一頭扎進了地球大氣層。這次異常猛烈的撞擊，導致地球上長時間灰塵蔽日，生物史上的一個時代就此結束。

　　阿爾瓦雷茨提出的是一個假說。為了驗證這一假說，需要找到小行星撞擊地球時留下的隕石坑。上世紀80年代，人們終於在墨西哥灣找到了6500萬年前形成的一個大坑。因為它被1200米的沉積巖所覆蓋，所以比較難以發現。

　　「在K-T界限的時候，一個石頭砸過來，形成了迄今為止所知道的在地球上發生的最大的能量事件。」陳顒說道，目前絕大多數科學家相信，中生代和新生代分界的生物滅絕，是因為撞擊事件造成的。

　　白堊紀的故事可能聽上去有些遙遠。而事實上，即使在今天，小行星撞擊地球的風險依然存在。NASA觀測數據顯示，在已知的近地小行星中，約有1000顆直徑超過1英裡（約1.6公裡），約有1.95萬顆直徑超過100米。

　　對於如何防止來自「近鄰」的侵擾，科學家也一直在想辦法。比如，歐盟提出了防禦小行星項目「近地軌道防護盾」計劃，擬在2020年以前正式實施。該計劃旨在通過飛彈炸毀、引力牽引和主動碰撞等多種手段，防範近地小行星撞擊地球。

　　不期而至的北美大停電

　　和顯而易見的撞擊相比，空間環境還以另一種相對隱蔽的方式影響著地球。

　　颳風下雨，地面上的這些天氣變化，大家並不陌生。其實，日地空間裡也有天氣變化。突發性太陽活動，比如太陽黑子、耀斑等，引起的日地空間環境高度動態的短時間尺度的變化，被稱作空間天氣。

　　太陽離地球那麼遠，突發性的太陽活動會對地球上人們的生產生活產生什麼影響呢？災害性的空間天氣會對航天系統、無線電系統、電力和能源系統、軍事系統產生嚴重影響，還會對地面天氣和氣候系統產生較明顯的影響。

　　為了說明太陽活動對地球的影響，陳顒舉了1989年3月發生的北美大停電的事例。3月對北美地區來說還是很冷的時節。在那個深夜，北美地區的人們先是看到了極光，隨後加拿大魁北克地區突然發生了大規模的停電。有600萬人在很低緯度的位置，度過了一個寒冷而恐懼的夜晚。當時，停電情況持續了約9個小時。

　　不久，NASA出面證實了這是因為太陽發生了一次日冕大爆發事件，而且爆發是有方向性的。噴發的物質正對著地球上的北美地區，因此對該地區的電力系統和通訊系統形成了巨大的影響，造成了大停電。

　　事實上，這次太陽風暴的強度尚不及1859年太陽耀斑事件強度的三分之一。有科學家預估，如果1859年耀斑事件發生在今天，它很可能會徹底摧毀人類現代化的科技基礎設施。

　　突發的、災害性的空間天氣變化，無疑給衛星運行、通信、導航和電力系統安全帶來了挑戰。而揭示災害性空間天氣的整體變化規律，提供高精度、高時變的空間天氣數值預報，是目前極富挑戰性的國際前沿課題之一。