小行星撞擊探秘

任大力

地球遭受的各種天災(zāi)中要數(shù)小行星撞擊造成的危害最甚。歷史上，地球已經(jīng)歷過若干次小行星撞擊帶來的浩劫。許多科學(xué)家認(rèn)為，正是這種撞擊使地球上大批物種滅絕。

對小行星撞擊的研究于1980年取得突破。當(dāng)年，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者盧斯·阿爾瓦雷斯與兒子——地質(zhì)學(xué)家瓦爾特對形成于白堊紀(jì)和第三紀(jì)間，也就是今天眾所周知的K—T界面的巖石層中所夾的薄泥層做了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)，該泥層中含有高品位的銥，即一種在隕星上很常見而地球上極稀有的化學(xué)元素。阿爾瓦雷斯推測，在白堊紀(jì)末期，一顆很大的小行星撞擊了地球，使全球塵埃彌漫，遮天蔽日達(dá)數(shù)月之久。而當(dāng)太陽終于又露面時，其照耀的是一個恐龍業(yè)已絕跡的世界。

1991年，一些地質(zhì)學(xué)家在距墨西哥尤卡坦海濱不遠(yuǎn)處發(fā)現(xiàn)了一處被淹沒了的隕石坑，并認(rèn)為其很可能是災(zāi)難性的K—T撞擊發(fā)生處。因6500萬年歲月滄桑造成的沉積物覆蓋，該隕石坑的精確尺寸已難以確定。1993年9月，10位來自美國和墨西哥的科學(xué)家宣布了最新測量結(jié)果，認(rèn)為該隕石坑寬300千米，比以前的估計要寬出120千米，導(dǎo)致該坑形成的小行星直徑約16千米。當(dāng)這顆小行星撞擊地球時釋放出約相當(dāng)于2億顆氫彈爆炸的能量。

仿佛一起撞擊還不夠戲劇化似的，同年，法國某研究小組又有了新的發(fā)現(xiàn)。他們認(rèn)為，在白堊紀(jì)末期，地球上至少出現(xiàn)過兩起撞擊。研究組成員之一羅伯特·羅徹亞說，天外來客是顆很大的小行星，也可能是顆彗星。該星球進(jìn)入地球大氣層時一分為二，主體部分轟然砸向尤卡坦地區(qū)，余體則墜入太平洋中部。

羅徹亞及其來自法國原子能委員會的同事從K—T沉積物，包括距日本東海岸約1900千米的太平洋底鉆探出的沉積物中取樣，作為支持其論點的證據(jù)。從太平洋底鉆探出的試樣中含有直徑以微米計的塵粒，這些塵粒中含磁鐵礦的細(xì)微晶體和銥元素。由于晶粒精致且?guī)缀鯚o損，科學(xué)家認(rèn)為，這些塵粒不可能是空氣流從尤卡坦地區(qū)攜帶來的。如果它們來自尤卡坦，嚴(yán)酷的空中漂浮會將其晶粒形狀熔磨成圓形。羅徹亞說，相反，它們很可能來自某個隕體，這個隕體則墜落在發(fā)現(xiàn)這些塵粒的方圓2000萬平方千米海域的某處。該隕星在進(jìn)入大氣層時未來得及分裂破碎，主體撞擊在尤卡坦一帶，而余體撞擊在太平洋底。

不論K—T撞擊實際為多少起，對地球生物造成的后果卻是災(zāi)難性的。1993年6月，兩位研究人員宣布，他們發(fā)現(xiàn)了這種可怕后果之一的確切痕跡：一場大火曾經(jīng)至少毀滅了25％的全球植物。這種全球性大火的假說是1986年首次由地球化學(xué)科學(xué)家且現(xiàn)在美國伊利諾斯州Wesleyan大學(xué)供職的溫迪·沃爾巴克女士提出的。假說依據(jù)是她在全球許多地方的K—T沉積物中發(fā)現(xiàn)的煙灰。

美國哈佛大學(xué)的琳達(dá)·伊萬雷和羅斯·薩拉維茨所發(fā)現(xiàn)的全球大火災(zāi)更微妙的證據(jù)則存在于不平常的地方——被稱為有孔蟲的海洋生物的顯微化石殼體中。這兩位科學(xué)家對來自全球8處海洋底部有孔蟲殼體中含有碳同位素碳12和較稀有的碳13的比例做了考察。有孔蟲生息在海洋深處并在其生長時從水中吸收碳元素。然而，由于僅能生息在照有陽光的淺海面的海藻多吸收的是碳12，故海洋淺表碳12耗量較大。因此，生息在較表層的有孔蟲殼體相對生息在海洋深處的有孔蟲殼體來說，含的碳12要少些，含的碳13要多些。

兩位科學(xué)家考察的大多數(shù)數(shù)據(jù)均符合這種狀況。但是，緊接K—T界面且生息在海洋表層的有孔蟲殼體的碳同位素比例卻恰恰相反：相對生息于海洋深層的有孔蟲殼體來說，其含的碳12要多些，含有碳13卻要少些。這種情況表明，6500萬年前，全球海洋表層突然間碳12含量猛增。

薩拉維茨認(rèn)為，對這一現(xiàn)象的最可信的解釋是全球出現(xiàn)了一次大火，而這場大火很有可能是小行星撞擊引起，而將陸地植物中含的約1250億噸碳12釋放到大氣層中。數(shù)年后，這些碳元素溶入海洋表層并被有孔蟲吸收。薩拉維茨說：“如果您問需燒毀多少植物才能使大氣中增加這么多碳12，答案是，得燒毀占當(dāng)時地球生物總量的1／4?！?/p>

盡管K—T撞擊是那樣引人矚目和極具災(zāi)難性，但與盧克·多恩斯和斯科特·特里梅因說的發(fā)生于40億年前的行星大相撞相比則是小巫見大巫了。盧克·多恩斯是位于美國加利福尼亞州的NASA艾姆斯研究中心的星際學(xué)科學(xué)家，斯科特·特里梅因是加拿大理論行星物理研究所所長。他倆認(rèn)為，地球正是因這次與一火星大小的星體相撞才使其繞自身軸心旋轉(zhuǎn)的。

多恩斯說：“長期以來，人們一直認(rèn)為，地球的自轉(zhuǎn)是在地球最初形成時就自然而然出現(xiàn)的?！钡珦?jù)這兩位科學(xué)家所做的計算機(jī)模擬看，地球經(jīng)歷過的眾多小撞擊不會使地球明顯出現(xiàn)轉(zhuǎn)動，其原因是，這些撞擊來自各個方向，其產(chǎn)生的作用力會相互抵消的。

從另一方面看，大的星體相撞畢竟很罕見，幾乎屈指可數(shù)。這樣的相撞有多大規(guī)模呢?1993年1月，科學(xué)家們宣稱，地球只有在與火星大小或更大的天體相撞后才會使其快速自轉(zhuǎn)。當(dāng)相撞發(fā)生時，這種相撞理論則與長期流行于星際科學(xué)界的另一理論相悖：即月球是由于火星大小的星球與地球相撞導(dǎo)致飛往太空的碎片形成的。多恩斯認(rèn)為，這種相撞既是地球自轉(zhuǎn)的起因，也是月球自轉(zhuǎn)的起因。他還說：“水星、金星和火星也很可能是因為大的星體相撞而出現(xiàn)自轉(zhuǎn)的?！?/p>

甚至對最近期出現(xiàn)的撞擊事件研究也是對科學(xué)家的挑戰(zhàn)。1908年6月30日晨，一場相當(dāng)于1200萬噸TNT炸藥當(dāng)量的大爆炸摧毀了距通古斯河不遠(yuǎn)的西伯利亞數(shù)百平方千米的森林區(qū)。盡管該爆炸威力相當(dāng)于800顆投擲在廣島的原子彈，但仍不足K—T撞擊爆炸力的千萬分之一。一些更為離奇的解釋則將通古斯大爆炸歸于飛碟爆炸或反物質(zhì)隕石事件。

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)家早就注意到該地面沒有撞擊造成的隕石坑，故認(rèn)為，摧毀力來自一顆距地面約800米的彗星爆炸，而且該天外來客不會是小行星，因為小行星的密度要高于彗星，在大氣層中不會完全汽化，總有一部分要墜落地面的。

現(xiàn)在美國白宮供事的星際學(xué)家克里斯托弗·奇巴對該觀點持有異議。奇巴及其同事對作用于彗星和小行星上的復(fù)雜的空氣動態(tài)力學(xué)做了計算后得出結(jié)論，彗星只能在不會對地面造成危害的大氣層高空爆炸，質(zhì)量輕、含碳量高的小行星也是如此。相反，密實的、含鐵量高的小行星則至少會部分完好并留下撞擊隕石坑。然而，巖石般的，也就是最常見的一種小行星，會因密度恰當(dāng)，造成通古斯地區(qū)那樣的大爆炸。

奇巴是這樣解釋的：“該小行星方圓約一個足球場大，轟然穿透了大氣層。一般石質(zhì)小行星的運(yùn)行速度為45馬赫，故大氣層來不及阻擋它。該小行星前端猛扎下來，其尾部則因大氣層來不及補(bǔ)充而幾乎為真空狀，這樣就使該星體產(chǎn)生了巨大的壓力梯度差，而當(dāng)壓力超過其抗壓強(qiáng)度時，該小行星就會碎裂開?！?/p>

奇巴說，當(dāng)這顆小行星在距地面8千米高處爆炸時，會使周圍空氣溫度上升到50 000℃，產(chǎn)生類似核爆炸的效應(yīng)，形成一球狀超熱氣團(tuán)并以超音速擴(kuò)散。該球狀體的沖擊波會摧毀和燒掉面積像紐約市那樣大的森林區(qū)。

這樣的災(zāi)難還會出現(xiàn)嗎?人們對堅實的巖石塊或冰團(tuán)遲早會墜落地面很少有懷疑，1993年6月后，似乎這種墜落已為期不遠(yuǎn)了。當(dāng)時，美國亞利桑納大學(xué)和肯特峰國家觀測站的科學(xué)家宣稱，他們業(yè)已發(fā)現(xiàn)存在一條新的小行星帶的證據(jù)：至少有12顆直徑小于46米的新的小行星以與地球幾乎相同的軌道繞太陽運(yùn)行。

但是，奇巴利用其分析通古斯大爆炸的模擬計算發(fā)現(xiàn)，這些特殊的巖石塊至少不必為之恐慌不安。地球大氣層會在這些小行星接近地面造成麻煩之前使其幾乎全部爆裂的。奇巴說：“我曾想弄清它們是否確是威脅物，然而結(jié)論為不是。我們不必為此憂心忡忡。畢竟，我們不會因此失去城市?！?/p>