新闻里说,2022年5月6日,将有一颗名为2009JF1的小行星撞击地球,不过这可不是普通的小行星。
据称,这颗叫2009 JF1的小行星约130米,近似吉萨金字塔大小,一旦撞击地球,其所释放的碰撞威力相当于15颗广岛。
但据NASA近地天体研究中心数据显示,2009 JF1小行星并不是网上所传的130米,其直径只有13米,质量约2800吨,碰撞威力约23万吨TNT。
而且按照都灵指数分类,这颗2009 JF1小行星是0等级,撞击向地球的概率只有0.026 %,尚不能对地球形成实质威胁。
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格林威治时间(GMT)7月25日凌晨1点22分(北京时间9点22分),一颗名为“2019OK”的小行星以大约8.7万千米每小时的速度掠过地球,最终以0.00048个天文单位(一个“天文单位”即地球和太阳之间的距离)的距离“擦”过地球,距地球最近时距离只有71806千米。
什么概念?离地球最近的天体月球距离也有38.4万千米,而7万千米甚至不到地月距离的五分之一,这在太空中就像“子弹穿过衣袖而不擦伤手臂”。
当太阳系天体都有条不紊地按照自己的轨道运行时,这位不速之客在各大行星之间横冲直撞,如果它再晚到与地球轨道的交汇点几个小时,就会撞上地球。
就在这颗小行星飞掠地球前几个小时,天文学家们才发现了这个近在咫尺的威胁。多年来,全世界各家小行星监测机构一直在主动追踪近地小行星的行进路线,对它们的轨道有着很好的了解。而“2019OK”的突然出现让全球的天文学家一时间都慌了阵脚。
澳大利亚皇家学会首席天文学家艾伦达菲的办公室铃声大作,各国天文协会的电话如潮水般涌来,惊慌地互相询问这颗从未被大家追踪过的小行星的来龙去脉。
科学家们慌张的理由在于,这颗小行星一旦撞击地面,破坏力惊人,直接摧毁的土地面积相当于两个北京市区,而全世界各国对此毫无预警和解决办法。令人既感到庆幸又后怕的是,数千万人最终就在不知不觉中与死神擦肩而过。
首先,小行星进入大气层的角度很重要。直撞向地球的小行星由于和大气层外围的切面垂直,将直接被反弹回太空;而如果小行星和切面之间的角度过小,则会因和大气层接触太久摩擦生热,产生高温使小行星融化。这一过程中产生的陨石体积很小,很多都在和大气层的摩擦中被烧毁,有的甚至变为陨石尘埃,而且普遍都落到了海洋里,或者人迹罕至的地方;只有少数体积较大的穿过大气层后爆炸,这其中爆炸在人类活动区造成地面受损的,更是少之又少。
(图为2018年美国超级碗总决赛赛场全景,美式足球,即美式橄榄球,其标准比赛场地一般长约110米,宽约49米。)
为什么叫这个名字?按照小行星临时编码的命名规则,第一个元素——数字是发现年份,紧接着的字母代表发现的月份,按字母表顺序从A开始,每半个月用一个字母表示,第二个字母表示在那半个月内发现的先后顺序,如果超出26颗,则在字母后再加上数字。“2019OK”,就表示它是在2019年第O月(7月下半月)发现的第K(10)颗小行星。
小行星以宇宙速度运行,撞上地球的速度比步枪子弹要快得多,可以达到每秒20-40千米,这将形成难以想象的巨大能量。如果我们把1克物质加速到小行星撞击速度——每秒30千米,它的动能会达到45000焦耳,相当于同等质量TNT爆炸能量(4200焦耳)的10倍以上。
澳大利亚皇家学会表示,大部分小行星由岩石和铁等金属组成,按照铁密度每立方米7.85吨计算,一颗篮球场大小的小行星质量可达10.6万吨,当它以每秒30千米的速度穿过大气层时,威力相当于100万吨的当量——50颗2万吨当量的广岛一起爆炸。
小行星直径每提高10倍,质量就会增加1000倍,能量也增加1000倍。小行星在进入大气层后,前方受到很大的空气压力,而后方又是真空状态。当与空气对流处的压强越来越大,撞击空气的能量达到极限,在压力差的作用下小行星就会在空中爆炸解体,冲击波会瞬间到达地面,如果下方是人类活动区,那么损失将是难以承受的。
直径60米的小行星爆炸可以损毁3000平方千米的土地,相当于欧洲国家卢森堡(2586.4平方千米)的国土面积;
直径为1千米的小行星撞击地球,会引起全球性的海啸和地震,波及全世界至少1/4的人口;直径为十几千米大小的小行星撞击地球,会造成全球的生态灾难,地球上80%的物种灭绝。如果“2019OK”线平方千米以上的土地面积,并且会引起严重的环境问题——气候剧烈变化、土壤被金属污染、树木出现放射性异常、动物遗传变异……
(图为位于我国贵州省的500米口径球面射电望远镜 图源:中国科学院国家天文台fast工程项目办)
科学家们已经发现了超过95%的近地小行星,登记在册的近地天体超过18000个,平均发现率为每周40个左右,
这颗直径只有20米的小行星造成1600多人受伤、7000幢建筑受损、约10亿卢布(约合人民币1.08亿元)的经济损失。
(图为 “哨兵”系统风险数据,按目标总结了根据当前观测结果检测到的潜在未来地球撞击事件。图源:NASA官网)
但就算有了这个“外挂”,一台太空望远镜相对于数十万颗小行星还是应接不暇。“哨兵”失手的情况并不在少数,除了没能发现擦肩而过的“2019OK”,就在去年12月19日,一颗直径10米的小行星也逃过了“哨兵”的眼镜,以每秒32千米的速度通过大气层,在俄罗斯堪察加半岛附近的白令海上空爆炸,所幸未造成地面的伤亡。
说到“2019OK”,它能“骗”过“哨兵”,也得益于太阳光的掩护。由于这颗小行星的轨道和地球环日的轨道几乎同步,在过去一个月,它每日白天与太阳相伴,夜晚与太阳一同落到地平线以下。正如人直视太阳时强烈的光线会产生致盲的效果,大名鼎鼎的“哨兵”也被它骗了。尤其是到了“2019OK”从地球身旁掠过的3天前,亮度比平时还要黯淡1000倍,所以天文学家与观测站的天文望远镜都没能及时发现它。
小行星跟行星一样环绕着太阳公转,但是质量和体积比行星小得多。最大的小行星直径大概有1000千米,最小的小行星可能只有鹅卵石大小;根据最新统计,其中至少有1000个直径超过800米,这个数量比人肉眼能看见的星星还要多。
1994年的彗星碎片与木星相撞,是人类诞生20万年以来观测到的最震撼的宇宙事件。直径5千米的SL9彗星从1992年就开始奔向木星,在途中,体积1000倍于地球的木星用强大的引力将其撕碎成21块碎片。这些碎片排成一列,如同奔驰在太阳系中的宇宙列车,长度超过16万千米,从7月17日开始,这列宇宙列车对木星的撞击持续了5天之久。这场在130小时内不间断连续的爆炸相当于广岛的10亿倍威力,撞击形成的疤痕直径和地球(地球直径13000千米)一样大。
离得远,又有木星帮忙挡着,那么这些地球周围的小行星又是如何逃脱木星的巨大引力场到达我们身边的呢?
当小行星带里的大型小行星发生相互碰撞,产生的巨大冲力可能会将一方推出小行星带,让其在浩瀚的太阳系中游荡。由于引力的作用,它仍然会形成一条环绕太阳的轨道,这条离群的轨道很有可能和地球出现交叉,一旦小行星到达其轨道与地球轨道交汇点与地球的到达时间重合,两个天体就会相撞。除此之外,当太阳系遭受每秒200-800千米的太阳风袭击时,小行星也会大幅度转向,成为地球周围潜在的隐患。
一个燃烧的火球从天而降,拖着长长的烟火尾巴,从南到北划过天空,在接近地面的森林上空爆炸,地平线上升起一团巨大的火焰,大地开始颤动。1分多钟后,人们又感受到了3次强烈的震波。6000平方千米的森林呈放射状向四周倒伏,升腾的尘烟高达20000米,1000千米外的居民都能听到强烈的声响。
20世纪80年代,美国和墨西哥在墨西哥湾争抢油气资源的行动愈演愈烈。寻找石油的商人在墨西哥尤卡坦半岛北部600米深的海底发现了一个直径180千米、深3千米的巨坑。起初,期盼一夜暴富的墨西哥人喜出望外。但是随着进一步的勘探,他们在这里发现了大量的铱元素、硫元素和巨型的石膏矿,却没有一滴石油。
这次被称为“希克苏鲁伯撞击”(Chicxulub Impact)的小行星撞击地球时间,是那场白垩纪-古近纪(K-Pg)大灾难的直接原因。
6500万年前,1颗直径37-58千米、重量2万亿吨的巨型小行星朝地球袭来,以时速7万英里掠过月球,在3秒穿过大气层燃烧着从大西洋上方掠过。
由于相对速度太大,小行星触碰到岩石的瞬间立刻汽化爆炸。爆炸释放出的热量使空气急剧膨胀,金属小行星汽化形成的气流随之上升,爆炸地点周围会下起一场细细的铁屑雨,坑洞方圆数里都将笼罩在“铁雨”之中。
(图为艺术家为6500万年前小行星撞击事件发生后很快形成的希克苏鲁伯撞击坑绘制的重建图 图源:DETLEV VAN RAVENSWAAY/SCIENCE SOURCE)
如果放在现在,城市会在一瞬间成为废墟,地面上的一切被震波甩到空中,地震还会引发高达90-100米的巨型海啸,海水倒灌进每条大街小巷,把日本大小的国土吞噬。雪山会崩塌,所有活火山顷刻间被点燃,熔岩从地震形成的裂缝中喷涌而出,形成超级火山。不出几小时,地球上的植物就被烧光了,地表的温度上升数百度。
而最严重的撞击是形成月球的忒伊亚撞击。根据月球撞击假说,忒伊亚撞击改变了地球的原始面貌,被撞飞的物质最终形成了地球的卫星——月亮,同时水资源也是此次撞击的产物,而陨石坑就是整个太平洋。
据统计,历史上这几次撞击事件的间隔时间最长的为1.35亿年,最短仅5000万年,而上一次已经过去了6500万年。下一次撞击何时发生,谁也说不准,全体人类的命运不知哪天就会处于生存和灭亡的边缘。当这些灾难的场面一次次被高科技复盘,场面越是精细,人类就越是惊心。下一次巨型小行星来临,除了恐惧和无奈,我们还能做些什么?
(图为地球上的陨石坑分布,目前已确定的陨石坑有190个。图源:Earth Impact Database地球撞击数据库)
面对小行星,多数人持“太小的没必要预警,太大的预警无用”态度。当小行星袭来,是否要组织人群疏散、应不应该发射卫星阻拦,科学家和政治家迄今也都没有答案。人类确定能做的,就是不间断地监测小行星运行状况和进行沙盘推演。
电影《天地大冲撞》中,宇航员登陆小行星的表面,钻洞贯穿并将核弹放置其中引爆,使其一分为二飞过地球两侧。但是如果要想电影中的方法有效,必须使用比目前威力最强的炸弹还要强10亿倍爆炸威力的核弹才行。更重要的问题是,核爆只能让小行星碎裂成具有辐射能的碎片,仍会落在相同的地方。当地球遭受一场带有核辐射的陨石雨,后果同样严重。
要完成一次有效着陆,需要同时满足3个条件——探测器的摄像头朝下方的小行星、太阳能电池板朝向太阳、传输天线对准地球。
NASA选择SpaceX进行合作,将于2021年7月下旬在美国加利福尼亚州的范登堡空军基地使用“猎鹰-9”火箭发射升空一个汽车大小的DART太空飞船,以每秒6.6千米的速度撞向一颗足球场大小的小行星。相比于数倍体积和运行速度的小行星来说,飞船的行动就如飞蛾扑火一般,但是科学家仍心存着用微弱推力改变小行星轨道的希望。这个如科幻电影般的场景,可能将成为人类保护地球免受小行星撞击的第一道防线。
NASA将于2020年12月发射一枚无人探测器,从小行星上抓取一大块岩石,让探测器施加的微弱引力对那颗小行星产生影响,用来偏移小行星的轨道。

