宇宙沙暴
为了更好地了解地球可能遭到撞击的频繁程度,我们需要知道究竟有多少岩石块在太阳系周围急驰,特别是那些因距离地球太近而造成威胁的碎石块。虽然大量岩石碎片已被早期太阳系中初步形成的行星所清除,但无数的岩石碎屑仍然存在,既包括几毫米的小微粒,也有小行星谷神星(Ceres)等直径超过1,000公里的巨石。实际上地球在太阳系中运行时经常遭受撞击,就好像一个人在沙漠中行走时不断与沙暴搏斗。幸运的是,在数十亿的碰撞碎片中,大多数碎片都很小,而且一旦进入地球大气层这个保护层,它们就会在瞬间消失。当然,地球也会不时地与较大的东西碰撞。
在大气层中,每5分钟就有一个豌豆大小的碎石块燃烧掉,每1个月就有一团足球大小的火光划过,用尽最后的力量将天空照亮。较大的物体可能穿过大气层到达地面,但这很少见,一年里只有几次。每隔几个世纪,地球就会与40到50米大小的石块相撞,如果这样大的物体直接撞击一个城市,这个城市就会被摧毁。最近一次有详实记录的这种规模的撞击就发生在1908年。
虽然整个太阳系充满了各种碎片,但仅从灾害性考虑,我们真正感兴趣的只是那些通过撞击地球而消失的碎石块。这种威胁地球的物体大多是岩石小行星(rocky asteroids),它们绕太阳运行的轨道或靠近地球轨道,或与地球轨道交叉。这种近地小行星(NEAs)的确切数目我们无法确定,但据目前估计,数量相当惊人。
多达2,000万个直径超过10米的岩石碎片在太空穿梭时可能穿过或靠近地球轨道。在这些岩石碎片中,直径超过100米的多达10万块,如果它们直接撞击地球,则足以毁灭伦敦和纽约;直径超过500米的可能有2万块,如果撞击地面,则足以毁灭一个小国家;如果撞入海洋,则足以引发破坏性很强的海啸。直径为1公里以上的碎石块数量更少,但破坏力更为巨大,它们如果撞击地球,则可以毁灭一个像英国那样大的国家;如果直径达到2公里以上,就会造成全球性的毁灭。尽管直径为2公里只相当于20个足球场那么大,但这种物体在碰撞中的动能十分巨大,它在撞击地面后会留下一个直径约40公里的陨石坑,并引起大量的岩石粉末状碎屑进入大气层,遮蔽阳光,使地球长年陷入寒冷的宇宙冬天(cosmic winter)。
对直径为1公里以上的近地小行星的数目有一系列统计结果,最新的结果是大约1,000颗。到2005年8月,其中的794颗已经得到确认,约为总数的3/4,它们的轨道可以及时被预报,以检察它们是否会对地球构成中期威胁。寻找其余近地小行星的工作还在继续,并且至少还需要几十年。一旦完成了这项工作,并且发现地球并非注定会成为袭击目标,我们也就有了一点安全感。不过遗憾的是,问题并没有到此为止。让我们担心的还有慧星。
彗星是大量岩石和冰块的聚集物,直径可达100公里以上。与小行星近似圆形的轨道不同,多数彗星沿着明显的椭圆形轨道运行,从寒冷的太阳系边缘地区或外太阳系运行到太阳附近,然后再次离去。在茫茫的太空深处,神秘莫测的彗星极不容易被发现。但是,当它们进入太阳系内部,就发生了显著的变化:由于受到太阳的炙烤,彗核(nucleus)中的气体和尘埃粒子被蒸发,形成了一条非常壮观、能延伸1亿公里以上的彗尾(tail)。长久以来,彗尾的时隐时现常常被人们当作厄运和灾难的预兆,这种看法不无道理。彗星的运动速度通常为60到70公里/秒,比协和式飞机快100倍,约为常规近地小行星速度的3倍。正因如此,彗星和地球之间碰撞所产生的能量会更加巨大,破坏力也更加惊人。
另一个问题是,与小行星不同,人们对彗星轨道参数缺乏了解,因而很难预测它们是否会构成威胁。在所有的彗星中,哈雷彗星无疑是最著名的,它环绕太阳运行的周期为76年。人类在过去几千年中曾多次观测到它,对它的轨道有比较充分的了解,因此有可能计算出它在未来很长时间内的运行轨道。计算结果表明,哈雷彗星至少在公元3000年以前不会威胁到地球。但是,对于其他沿抛物线轨道(parabolic orbit)在太空中穿梭的彗星来说,它们的运行远远超出了太阳系。其中一些彗星可能在很久以前出现过一两次,其余的可能正首次飞向内太阳系。这种情况下,我们不可能依据历史记录预测它们的轨道,一旦我们发现其中的一颗正飞向地球,距离这一不可避免的灾难性撞击也就只有6个月了。此外,由于这些彗星一直在太空深处运行,它们个头非常巨大,直径可达100公里以上。这是因为它们没有遭受太阳风(solar wind)的冲击。太阳风即太阳粒子风暴,当彗星穿过内太阳系时,太阳风使得彗星的一部分蒸发,产生特有的彗尾。