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Aug. 02 2019

幾天前,一顆小行星與地球擦肩而過,我們幾乎毫不知情

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  • 隕石接近地球的想像圖| Erik Simonsen via Photographer's Choice/Getty Images Plus

  • 劃過夜空的流星| pixabay

  • 大型天體撞擊地球想像圖| pixabay

  • 巨型隕石可能會對地球生物造成威脅| Science

  • 近地物體相機(NEOCam)執行近地天體拍攝任務的模擬圖| NASA

  • 一顆已經被觀測到的近地小行星| NASA

假如巨型隕石突然襲來,我們該怎麼辦?

火山、海嘯、氣候變化……地球生物被「洗牌」的方式可謂層出不窮。而其中最令人「防不勝防」的,當數天外來客──隕石的來訪。

隕石接近地球的想像圖| Erik Simonsen via Photographer's Choice/Getty Images Plus

隕石接近地球的想像圖| Erik Simonsen via Photographer's Choice/Getty Images Plus

就在上週(2019年7月25日),一顆直徑57-130公尺的小行星以相對地球每秒24.5公里的速度和我們「擦肩而過」,距離地球僅7.3萬公里(約為地月平均距離的五分之一)[1]

如果這個傢伙真的與地球「親密接觸」,造成的破壞無疑是災難性的。

↑↑↑↑↑隕石接近地球的想像圖| Erik Simonsen via Photographer's Choice/Getty Images Plus

而值得一提的是,與那些長期被記錄在案和時刻受到「監視」的小行星不同,這顆名為2019 OK的天體,是在飛臨地球的前一天才被人們發現的,這著實令天文學家們捏了一把汗。澳洲的天文學家邁克爾.布朗(Michael Brown)評論道:「它就像是憑空冒出來的一樣」 [2]

從美麗塵埃到恐怖災難定制

其實,自從地球形成開始,這些天外來客們就頻繁「拜訪」地球。早期的隕石撞擊,對地球的「成長」起到了積極的作用──比如說促進早期地殼形成[3]

但後來,地球上演化出了千姿百態的生命,天體撞擊就成了影響生物生存的威脅。而同為地表生物的我們,也因此格外關注此問題,尤其是那些破壞力強大的大型隕石和小行星。

那麼,什麼樣的天體碰撞可能會對我們造成傷害呢?這由它們的「體型」說了算。

如果掉下來的物質很小,如進入大氣層後減速的灰塵顆粒,幾乎不經歷加熱過程。這些細小的灰塵顆粒經常會被平流層的飛機捕捉到。

當掉下來的物質稍微大那麼一點,進入大氣層後就可能形成美麗的流星,個別情況下還能形成壯觀的流星雨。在墜落過程中,大部分的能量轉化成了美麗的等離子尾巴。這種級別的天體不會對我們造成巨大傷害,大家可以放心許願。

劃過夜空的流星| pixabay

劃過夜空的流星| pixabay

一旦掉下來的物質大小達到公尺級,它們就不再是進行許願的對象了。大尺寸隕石的降落往往產生具有破壞力的衝擊波。它們的到來經常伴隨著巨大的聲響和刺眼的強光。

大型天體撞擊地球想像圖| pixabay

大型天體撞擊地球想像圖| pixabay

尺寸達到幾十公尺的隕石,在降落過程中只有少量能量轉化成了等離子體和輻射,大部分能量還是會轉化成聲音和衝擊波。一但它降落在人類聚集區,就會造成嚴重的生命財產損失。比如2013年2月,一顆直徑僅20公尺左右的隕石從天而降,在俄羅斯車里雅賓斯克(Chelyabinsk)上空爆炸,造成了廣泛的地面破壞和大約1500人受傷[4]

如果隕石達到了100-500公尺大小,就會在地球上砸出巨大的隕石坑,釋放出大量的濺出物,場面足以遮天蔽日。

巨型隕石可能會對地球生物造成威脅| Science

巨型隕石可能會對地球生物造成威脅| Science

如果撞擊地球的天體達到了10公里左右,產生的大量噴出物會圍繞在地球周圍並長期影響地球氣候。白堊紀─古近紀之交的生物大滅絕事件就和這種規模的天體撞擊有關[5]

天體防禦:剛起步的人類事業

巨大的天體撞擊地球會帶來不可估量的災難,想要解決這個關係全人類生存的大問題也不容易。

例如,我們具體要開展什麼樣的科學技術工作,分別對什麼樣的天體進行防禦?如果需要開展類似的研究,可能會面臨大量的經費和心血付出。這些潛在的測試和防禦系統該由誰來建立和負責?為了進行天體防禦,國家之間又該進行怎樣的合作?[6]

1994年7月17日4時15分,一顆名為蘇梅克-列維九號(Shoemaker-Levy 9)的彗星碎片與木星相撞[7]。這一直觀撞擊事件引發了人們對天體撞擊的防禦意識,科學家們開始積極主動的展開了防禦性觀測。研究的主要對像是近地天體(Near Earth Object, NEOs),即近日點距離小於1.3個天文單位(一天文單位長度為149,597,870,700公尺)的天體總稱。

然而觀測和監控近地天體並不是一項容易的任務。觀測內容主要集中在它們的位置、體積大小、軌道和其他性質上。來自美國加州帕薩迪納噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)、近地天體觀測(NEOWISE)的首席研究員艾美.美因茨(Amy Mainzer)和她的同事們,專注於利用太空紅外相機技術來幫助尋找近地天體。但是在茫茫太空大背景下,近地天體顯得又小又遠,對不同尺寸的近地天體進行測繪,就像是在黑色的夜空中尋找煤塊或打印機墨粉一樣[8]

對不同大小隕石的防禦策略有很大不同。小型隕石很難被發現和預測,但是它們不會對地球造成巨大傷害。而那些大尺寸、能夠造成巨大破壞的隕石,雖然很容易檢測到,但如果真的朝地球飛過來,我們能做的非常有限。

近地物體相機(NEOCam)執行近地天體拍攝任務的模擬圖| NASA

近地物體相機(NEOCam)執行近地天體拍攝任務的模擬圖| NASA

首先,我們必須保證在近地天體距離地球較遠的時候就發現它們,這樣才能最大限度地保證反應時間。其次,稍小一點的也許可以將其破碎,但是太大的天體,只能寄希望於在物理上「推動」近地天體遠離地球撞擊軌道。而計算這種推力所需的能量,則要進一步了解近地天體的大小、質量、內部組成和運動方式等其他特性。

一顆已經被觀測到的近地小行星| NASA

一顆已經被觀測到的近地小行星| NASA

在2019年行星防禦會議上,科學家們就針對隕石威脅的問題展開了討論和「模擬演習」。在其中一項演習中,一顆140-260公尺級別的小行星正在以每秒19公里的速度飛向地球,一旦發生碰撞將釋放出100兆噸-800兆噸TNT當量的能量(相當於7000-450000顆廣島原子彈)。科學家擬定的策略,是聯合NASA和其他國際合作單位,在它給地球造成嚴重破壞之前,使用多個撞擊器將其推離撞擊軌道[9]

不過對於此類計劃,也有很多質疑的聲音。地球已經幾千萬年都沒有經歷大的天體撞擊事件了,如此興師動眾是否有必要?對此,近地天體研究中心主任,保羅.喬達斯(Paul Chodas)表達了他的觀點:「我們需要不斷挑戰自我,提出尖銳的難題。如果不對最壞的情況進行研究,那就什麼都學不到。」

顯然,宇宙天體防禦事件難度巨大,現階段的觀測和模擬仍是這項偉大人類事業的初步工作。對於隕石的防禦問題,人類仍有很長的路要走,好在世界各國正在為應對困難而積極合作,盡最大努力把「飛來橫禍」的災難降到最低。(編輯:Yuki)

 

參考資料:

  1. https://cneos.jpl.nasa.gov/ca/
  2. https://www.livescience.com/66043-giant-asteroid-flyby-surprises-astronomers.html?utm_source=notification
  3. Johnson, TE, Gardiner, NJ, Miljković, K., Spencer, CJ, Kirkland, CL, Bland, PA & Smithies, RH (2018). An impact melt origin for Earth's oldest known evolved rocks. Nature Geoscience, 11, 795– 799.
  4. Popova, OP et al., 2013. Chelyabinsk airburst, damage assessment, meteorite recovery, and characterization. Science (New York, NY) 342 (6162), 1069–1073.
  5. Schulte, P., Alegret, L., Arenillas, I., et al. 2010. The Chicxulub asteroid impact and mass extinction at the Cretaceous- Paleogene boundary. Science 327, 1214–1218.
  6. Morrison, D. (2005). Defending the Earth against asteroids: the case for a global response. Science and Global Security, 13(1-2), 87-103.
  7. http://wikipedia.moesalih.com/Shoemaker-Levy
  8. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-04/aps-htd041119.php
  9. https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7386

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