小行星撞擊地球的 "禍" 與 "福"

2021-02-25 宇宙解碼

    小行星撞擊地球既能帶來「禍」,比如誘發地球氣候環境災變、生態系統完全崩潰和地球生物物種大滅絕;也能帶來「福」——形成大量可供開採的金、鐵、鑽石、煤等礦山,同時迫使人類不斷提高預測及規避小行星撞擊的能力。

行星與地球的撞擊坑

    人類賴以生存繁衍的地球和社會的持續發展受到了諸多自然因素和人為因素的潛在威脅。自然因素包括小行星撞擊地球、大面積火山爆發和強烈地震與海嘯等;人為因素中,如全球性核戰爭,人類不可持續發展的錯誤行為等。在地球演化的漫長歷史中,小行星撞擊地球是誘發地球氣候環境災變、生態系統完全崩潰和地球生物物種大滅絕的元兇。小行星撞擊地球誘發的巨大劫難,涉及地球上全部生物物種和人類社會的持續發展,也是人類命運共同體如何能夠得以有序健康發展的一個重大科學問題。

    太陽系中的小行星主要分布在火星與木星軌道之間的小行星帶和海王星外的柯伊伯帶(圖1)。

    根據最近的觀測與統計,地球附近的近地小行星約有 18000 個,其中直徑大於 1 km 的近地小行星約 800 個、直徑大於 140 m 的近地小行星約 8000 個。它們運行的軌道多種多樣,撞擊地球的概率也比較高(圖2)。

    小行星運行速度約為 45km/s,地球圍繞太陽公轉的速度是30km/s,假如正面相撞,相對速度可能達到 75 km/s,即使小行星從後面「追」上地球,速度也可達 15 km/s。小行星高速衝進地球大氣層,壓縮前端的大氣層分子,形成強大的高溫高壓衝擊波,衝擊波撞擊地面,誘發強烈的地震和海嘯,引發森林大火,使撞擊的靶巖氣化、熔融、破碎和濺射,挖掘出一個巨大的撞擊坑。一個直徑 1 km 左右的小行星撞擊地球,大概可以形成直徑 15km 的撞擊坑。撞擊過程產生的各種氣體、塵埃和森林燃燒的灰燼瀰漫充斥整個大氣層,遮住陽光,使整年平均溫度下降幾度。

    地球表面保存有 180個由小行星撞擊形成的巨大的撞擊坑,分布在 33個國家(圖 3)。在地球演化的歷程中,每一個撞擊坑的形成,小行星都曾經扮演過誘發地球氣候環境災變、摧毀地球生態系統的肇事者。由於地球 72%的表面積被海洋覆蓋,很難發現海底的撞擊坑;地球內力作用產生的板塊運動、火山爆發、地震活動及其引發的海嘯,破壞和摧毀了一些撞擊坑;地球外力的搬運、沉積等作用掩埋了一些撞擊坑,使地球表面殘留的撞擊坑非常稀少。

未雨綢繆:人類科技的「神級助攻」

    科學家對小行星撞擊地球誘發的重大災難事件進行過概率分析,類似於通古斯大爆炸事件約100 年有 1 次發生概率;對於 6500萬年前發生的恐龍滅絕事件,約每1億年有 1次發生概率。人們擔心,以後地球還會不會遭到小行星撞擊?如何規避小行星撞擊地球的災難?

    在人類緊急狀態會議中有一項議題就是如何規避小行星撞擊地球。現在全世界的科學家聯合起來監測小行星,精確測定小行星的運行軌道,提前預報或預警小行星撞擊地球的概率並提出規避小行星撞擊地球有關措施。

如何規避小行星撞擊地球,在網絡上也成為人們熱烈議論的話題。提出一些實施措施:

1)利用飛彈或核裝置對小行星進行攻擊,使小天體改變軌道;2)用核裝置直接炸毀小行星以減小撞擊地球的危害性;3)在小行星體表面上安裝一臺大型火箭發動機,或者一個「太陽帆」,把小行星從撞擊地球的軌道上推開;4)改變小天體顏色以改變它的反照率和吸熱率,使小行星自行改變軌道;5)發射人造天體,把它調整到和小天體平行,並使兩者的相對速度為 0,然後用機械力推動小行星,使之改變軌道等。

    現在航天技術完全有能力規避小天體撞擊地球,在精確計算小行星運行軌道的基礎上,可以發射一艘飛船著陸在小行星上,飛船攜帶有一個發動機,發動機朝某一個方向輕輕加一點作用力,致使小行星的運行軌道與地球擦肩而過,地球將安全規避小行星的撞擊。這非常類似於武俠小說中的「四兩撥千斤」,只要人類有了準備,一定可以規避小天體的撞擊。科學技術應該是地球全部生命的保護神。

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