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接受外太空的“饋贈” 沒你想象的愉悅

2018/11/22 13:23:33 1692
來源:科技日報 新聞記者:唐 婷 責任編輯:李依環、熊旭



近日,美國國家航空航天局(NASA)的OSIRIS-Rex探測器伸出機械臂,為即將進行的采樣工作進行了測試。這個2016年踏上旅程的探測器的目的地是小行星貝努,計劃于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,一部分由于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里,也曾發生在真實世界里。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杰隕石坑。

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多年后,采礦工程師巴林杰對這一巨坑產生了強烈興趣。

巴林杰堅信,巨坑是隕石撞擊而成的。為尋找“肇事”的隕石主體,巴林杰投入大量人力物力,最終卻未能如愿。他是首個指出巨坑為隕石撞擊坑的人,巨坑后來以他的名字命名。

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公里的速度沖進地球大氣層,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。

盡管早在1906年,巴林杰發表了論文,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、南京大學教授陳颙說道。據測算,形成巴林杰隕石坑的這次撞擊所產生的能量,相當于廣島原子彈爆炸的150倍。

蘇梅克對巴林杰隕石坑的研究方法和發現的關鍵證據,為此后隕石撞擊坑的鑒定提供了范例。受后來的地質過程影響,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,其中直徑大于100公里的僅有5個。

陳颙舉例道,位于加拿大魁北克省的曼尼古根隕石坑,直徑約100公里,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公里的天體撞擊形成。

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,全世界生成于距今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,是指介于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公里間的小行星以每秒20—40公里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,人們終于在墨西哥灣找到了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。”陳颙說道,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英里(約1.6公里),約有1.95萬顆直徑超過100米。

對于如何防止來自“近鄰”的侵擾,科學家也一直在想辦法。比如,歐盟提出了防御小行星項目“近地軌道防護盾”計劃,擬在2020年以前正式實施。該計劃旨在通過導彈炸毀、引力牽引和主動碰撞等多種手段,防范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。

刮風下雨,地面上的這些天氣變化,大家并不陌生。其實,日地空間里也有天氣變化。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。

太陽離地球那么遠,突發性的太陽活動會對地球上人們的生產生活產生什么影響呢?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,陳颙舉了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,隨后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。



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