天文學(xué)家說(shuō)“世界末日”

李淼

我是誰(shuí)？我從哪里來(lái)？要到哪里去？早在2000多年前，古希臘哲學(xué)家柏拉圖就提出了這一終極命題。事實(shí)上，與世界如何起源相比，世界何時(shí)、以什么方式終結(jié)，更令我們感到困惑。世界末日的預(yù)言和有關(guān)傳說(shuō)起源于原始宗教，主要指地球文明的終結(jié)；科學(xué)上所謂的世界末日，則是指宇宙系統(tǒng)的崩潰或人類社會(huì)的滅亡。

可能導(dǎo)致“世界末日”來(lái)臨的原因有哪些呢？有關(guān)假說(shuō)不下十余種。比如科幻作家艾薩克·阿西莫夫認(rèn)為是機(jī)器人將主宰世界，反過(guò)來(lái)奴役創(chuàng)造它們的人類。此外還有小行星撞擊地球、超級(jí)火山爆發(fā)、環(huán)境崩潰、災(zāi)難性疾病全球大流行、大規(guī)模核戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)、外星人入侵、太陽(yáng)災(zāi)難、超新星爆發(fā)……

所謂世界末日，其實(shí)可以分成三個(gè)層次：一是人類末日，人類毀滅后，地球還能存在；二是地球末日，地球所在的太陽(yáng)系毀滅后，宇宙還能存在；三是宇宙末日，就是整個(gè)宇宙系統(tǒng)都崩潰了。下面，我們就從天文學(xué)角度聊聊有關(guān)“世界末日”的話題。

小行星撞地球

說(shuō)到“世界末日”，對(duì)人類社會(huì)威脅最大的或許就是小行星撞地球了。其實(shí)，這種事情早就發(fā)生過(guò)。

一位年輕的地質(zhì)學(xué)家在意大利進(jìn)行野外考察時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)了一層6500萬(wàn)年前形成的沉積物薄層。令人不解的是，這層僅有6毫米厚的黏土層似乎成了一道“分界線”：在這一層年代以前的層面里，能夠發(fā)現(xiàn)很多恐龍化石；但在這一層年代之后的層面里，什么恐龍的化石也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。事實(shí)上，這種現(xiàn)象不足為奇，在世界許多地方都有，所以并沒(méi)有引起人們的格外重視。不過(guò)，這位地質(zhì)學(xué)家的父親是一位曾榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的著名粒子物理學(xué)家。父親突發(fā)奇想，認(rèn)為這6500萬(wàn)年前形成的黏土中或許含有地球之外的某種物質(zhì)，便讓兒子去化驗(yàn)其中的化學(xué)成分。

經(jīng)過(guò)化驗(yàn)，科學(xué)家在黏土中發(fā)現(xiàn)了高濃度的銥，其含量超過(guò)正常含量幾十甚至數(shù)百倍。如此高濃度的銥在隕石中可以找到，因此，科學(xué)家們就把它與發(fā)生在6500萬(wàn)年前的恐龍大滅絕聯(lián)系起來(lái)了。

根據(jù)黏土中金屬銥的含量，科學(xué)家們還推算出當(dāng)時(shí)撞擊地球的物體是一顆直徑10千米左右的小行星。對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，遭到如此大的物體的撞擊，絕對(duì)是一次無(wú)與倫比的打擊?？茖W(xué)家推算，這次撞擊引發(fā)了相當(dāng)于里氏10級(jí)左右的地震；撞擊所產(chǎn)生的隕石坑直徑超過(guò)100千米?？瓶既藛T用了10年的時(shí)間，終于在中美洲尤卡坦半島的地層中找到了這個(gè)大坑，坑的直徑為180～300千米。

究竟是什么原因造成了6500萬(wàn)年前白堊紀(jì)末期的恐龍大滅絕？科學(xué)家們提出了各種假說(shuō)，爭(zhēng)論不休，莫衷一是。物理學(xué)家與地質(zhì)學(xué)家父子所提出的“撞擊說(shuō)”只是其中之一，況且，由于他們的學(xué)術(shù)領(lǐng)域并非生物學(xué)，其假說(shuō)自然遭到了各種質(zhì)疑，甚至一度被認(rèn)為是偽科學(xué)。

不過(guò)，有一位名叫蘇梅克的天文學(xué)家堅(jiān)定地支持“撞擊說(shuō)”。機(jī)緣巧合的是，1993年3月4日，蘇梅克夫婦和他們的好友、天文愛(ài)好者列維從拍攝的天文照片中發(fā)現(xiàn)了一串晶瑩璀璨的“太空項(xiàng)鏈”。原來(lái)，這是一群彗星。它們被命名為蘇梅克-列維9號(hào)彗星。軌道計(jì)算表明，這群彗星原本是一顆，在1992年7月7日繞木星運(yùn)行時(shí)，在木星巨大的引力作用下解體成了21塊直徑在1～10千米的碎片?？茖W(xué)家根據(jù)計(jì)算預(yù)測(cè)：1994年7月17～22日，當(dāng)這些碎片再次飛近木星時(shí)，將會(huì)以60千米/秒的速度與木星相撞，每一塊都會(huì)將木星撞出地球那么大的坑。值得一提的是，這是人類第一次對(duì)天體相撞事件做出預(yù)測(cè)。

既然小天體可以撞擊木星，它也可能會(huì)撞擊地球。在地球上發(fā)現(xiàn)的證據(jù)和天體觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)的證據(jù)結(jié)合在一起，終于印證了“撞擊說(shuō)”。此后，生物學(xué)界逐漸接受了這一假說(shuō)，即發(fā)生在6500萬(wàn)年前白堊紀(jì)末期的恐龍大滅絕是由于小行星撞擊地球造成的。

為什么一個(gè)小行星撞擊地球，會(huì)造成如此大的災(zāi)難性后果呢？

假若有一個(gè)直徑10千米左右的小行星撞擊到地球，將會(huì)釋放出包括核反應(yīng)在內(nèi)的巨大能量。其實(shí)，核反應(yīng)還不是最恐怖的；最恐怖的是，這一撞擊將會(huì)把地球上的塵?！霸摇钡酱髿鈱拥钠搅鲗由?。平流層在距離地表大約10～50千米的高度，其空氣主要表現(xiàn)為水平方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)流現(xiàn)象減弱。被小行星撞擊“砸”上平流層的塵?？梢栽诖藚^(qū)域長(zhǎng)期停留，不會(huì)很快落下。于是，這些停留在平流層中的塵埃越積越多，遮天蔽日。沒(méi)有陽(yáng)光，植物就會(huì)因無(wú)法進(jìn)行光合作用而逐漸死亡。接下來(lái)，那些以植物為食物的食草動(dòng)物就會(huì)因失去食物而死亡。再接下來(lái)，以食草動(dòng)物為食的食肉動(dòng)物也會(huì)滅亡……

自從地球上出現(xiàn)生命以來(lái)，生物的演變發(fā)展可謂多災(zāi)多難。從地質(zhì)考古學(xué)角度來(lái)看，生命進(jìn)化史上發(fā)生過(guò)至少5次生物大滅絕事件。其中，離我們最近的一次就是發(fā)生在6500萬(wàn)年前的那一次。當(dāng)時(shí)，有包括恐龍?jiān)趦?nèi)的超過(guò)50%的物種消亡。而在這之前的幾次毀滅性災(zāi)難，導(dǎo)致60%～70%的物種滅絕。

星系撞星系

小行星撞擊地球可能會(huì)毀滅地球上的一些物種，但不大可能摧毀整個(gè)地球。那么，有什么可以毀滅整個(gè)地球的呢？科學(xué)家預(yù)測(cè)，在大約50億年之后，當(dāng)太陽(yáng)的燃料消耗殆盡之時(shí)，它將變成一顆紅巨星，體量不斷膨脹，最終吞噬掉整個(gè)地球。除了這個(gè)太陽(yáng)災(zāi)難說(shuō)外，還有一種可以毀滅整個(gè)地球的宇宙現(xiàn)象，也是宇宙中目前可以觀測(cè)到的最劇烈現(xiàn)象之一，即星系撞星系。

我們知道，地球所在的太陽(yáng)系其實(shí)只是巨大的銀河系里極小的一部分，而在整個(gè)宇宙中，像銀河系這樣的星系有上千億個(gè)。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些星系的正中間都存在著一個(gè)巨大的黑洞。打個(gè)比喻，這個(gè)黑洞就如同羊群里的一頭猛虎，一旦周圍有哪只小羊不小心走入它的地盤(pán)，就會(huì)被它毫不客氣地吞吃掉。那么，如果兩撥羊群和它們中間的老虎匯合在一起，會(huì)發(fā)生什么呢？場(chǎng)面一定會(huì)非常混亂。當(dāng)兩個(gè)星系相撞，在正常情況下，由于引力的作用，兩個(gè)黑洞最終會(huì)并合，形成一個(gè)更大的黑洞。

仙女座星系距離地球有254萬(wàn)光年，是距銀河系最近的大星系。天文學(xué)家觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，仙女座星系正以120～300千米/秒的速度向銀河系靠近。2012年，天文學(xué)家分析了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的仙女座星系在2010～2012年的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而預(yù)測(cè)在30億～40億年后，仙女座星系一定會(huì)與銀河系相遇。

宇宙“大撕裂”

前面我們介紹了所謂世界末日中有關(guān)人類末日和地球末日層面的知識(shí)，現(xiàn)在，就談?wù)勛詈笠粋€(gè)層面—宇宙末日。

宇宙末日真的存在嗎？宇宙末日有可能來(lái)臨嗎？

說(shuō)起來(lái)你可能不太相信，我們?nèi)祟惸軌蚩吹降氖澜缙鋵?shí)只占宇宙總物質(zhì)的5%；還有約25%叫暗物質(zhì)，它有引力，但是我們看不見(jiàn)它；其余約70%叫暗能量，產(chǎn)生斥力，我們同樣看不見(jiàn)它。宇宙中暗物質(zhì)和暗能量的總質(zhì)量是普通物質(zhì)的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4；更重要的是，暗物質(zhì)和暗能量主導(dǎo)了宇宙結(jié)構(gòu)的形成。

那么，為什么我們?cè)谌粘Ｉ钪懈惺懿坏桨的芰康某饬δ?？這是因?yàn)椋的芰康某饬χ挥性谡麄€(gè)宇宙的尺度上才起作用，而在我們的日常生活中，它太小了，完全不起作用。

不過(guò)，在理論上—僅僅是在理論上—存在著這樣一種可能性，就是暗能量的斥力可以越變?cè)酱?，直到大到足以?duì)抗宇宙中所有的引力。在這種情況下，當(dāng)暗能量把宇宙中所有結(jié)構(gòu)都破壞掉的時(shí)候，我們可以稱之為“宇宙末日”，或者叫“大撕裂”。

如果我們不了解宇宙暗物質(zhì)的性質(zhì)，就不能說(shuō)我們已經(jīng)了解了宇宙?，F(xiàn)在已經(jīng)知道了兩種宇宙暗物質(zhì)—中微子和黑洞，但是它們對(duì)宇宙暗物質(zhì)總量的貢獻(xiàn)是非常微小的，宇宙暗物質(zhì)中的絕大部分現(xiàn)在還不清楚。

星系有壽命嗎

或許有人會(huì)問(wèn)，星系有壽命嗎？答案是：星系確實(shí)是有壽命的。

那么，星系最終會(huì)變成什么樣子呢？大家可能都知道，星系一般都具有一個(gè)很典型的螺旋狀結(jié)構(gòu)，就像我們的銀河系一樣。這個(gè)螺旋狀的結(jié)構(gòu)就如同一架風(fēng)車，風(fēng)車的旋臂則圍繞著中間的超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)。在非常遙遠(yuǎn)的未來(lái)，風(fēng)車的這些旋臂最終都會(huì)掉進(jìn)中間的那個(gè)黑洞里。為什么會(huì)這樣呢？我們知道，像這種加速運(yùn)動(dòng)的物體，它是會(huì)對(duì)外釋放引力波的，引力波會(huì)帶走這些旋轉(zhuǎn)物體的能量。雖然引力波帶走的能量非常小，但是我們假設(shè)的是無(wú)限久遠(yuǎn)的未來(lái)，隨著時(shí)間的推移，任何一點(diǎn)微小的變化日積月累，最終都會(huì)由量變轉(zhuǎn)化為質(zhì)變。那么，整個(gè)銀河系的旋臂在隨著引力波久遠(yuǎn)地釋放以后，它的能量越來(lái)越小，最終就會(huì)掉進(jìn)中間的那個(gè)黑洞里。這是一個(gè)非?？植赖慕Y(jié)局。

超新星爆發(fā)和伽馬射線暴

超新星爆發(fā)是某些恒星在演化接近末期時(shí)經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。超新星爆發(fā)過(guò)程中所突發(fā)的電磁輻射通常能夠照亮其所在的整個(gè)星系，并可持續(xù)數(shù)周至數(shù)月才會(huì)逐漸衰減變?yōu)椴豢梢?jiàn)。在這段時(shí)間內(nèi)，一顆超新星所輻射的能量可以與太陽(yáng)終其一生中所輻射能量的總和相當(dāng)。

公元185年12月7日，我國(guó)古代天文學(xué)家觀測(cè)到超新星185，這是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一顆超新星。這顆超新星在夜空中照耀了8個(gè)月?！逗鬂h書(shū)·天文志》中記載：“中平二年十月癸亥，客星出南門(mén)中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消?！?987年2月24日，位于大麥哲倫星云的超新星1987A在爆發(fā)后的數(shù)小時(shí)內(nèi)就被發(fā)現(xiàn)。這是現(xiàn)代超新星理論第一次獲得可以與實(shí)際觀測(cè)比較的機(jī)會(huì)。2006年9月18日，距地球2.38億光年的超新星SN2006gy爆發(fā)（曾被認(rèn)為是不穩(wěn)定的超新星，但沒(méi)有得到證實(shí)），這是人類有史以來(lái)觀測(cè)到的最強(qiáng)烈的超新星爆發(fā)。

超新星通過(guò)爆發(fā)，會(huì)將其大部分甚至幾乎所有物質(zhì)以高至1/10光速的速度向外拋散，并向周圍的星際空間輻射激波。這種激波會(huì)導(dǎo)致形成一個(gè)膨脹的氣體和塵埃構(gòu)成的殼狀結(jié)構(gòu)，這被稱作超新星遺跡。超新星是星系引力波潛在的強(qiáng)大來(lái)源。初級(jí)宇宙射線有很大的比例來(lái)自超新星。

在過(guò)去的1000年里，銀河系發(fā)生過(guò)三次超新星爆發(fā)。讓我們感到幸運(yùn)的是，它們與地球的距離比較遠(yuǎn)，否則的話，就很有可能把地球炸飛。我們目前尚無(wú)法預(yù)測(cè)下一次超新星爆發(fā)在什么時(shí)間，距離地球有多遠(yuǎn)。所以，對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，超新星爆發(fā)還是具有一定危險(xiǎn)性的。

說(shuō)完超新星爆發(fā)，我們?cè)倭牧馁ゑR射線暴。

伽馬射線暴又稱伽馬暴，是宇宙中發(fā)生的最劇烈的爆炸，理論上是巨大恒星在燃料耗盡時(shí)塌縮爆炸或者兩顆鄰近的致密星體（黑洞或中子星）合并而產(chǎn)生的。伽馬射線暴短至千分之一秒，長(zhǎng)則數(shù)小時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)釋放出巨大能量。如果與太陽(yáng)相比，它在幾分鐘內(nèi)釋放的能量相當(dāng)于萬(wàn)億年太陽(yáng)輻射能量的總和，其發(fā)射的單個(gè)光子能量通常是典型太陽(yáng)光的幾十萬(wàn)倍。

那么，人類什么樣的活動(dòng)有可能產(chǎn)生伽馬射線暴呢？那就是核爆炸。所以，最初的伽馬射線暴監(jiān)測(cè)并不是由天文學(xué)家，而是由美國(guó)軍方來(lái)做的。為了監(jiān)視蘇聯(lián)的核試驗(yàn)，美國(guó)軍方發(fā)射了可以測(cè)量伽馬射線的衛(wèi)星。這樣，只要蘇聯(lián)進(jìn)行核試驗(yàn)，就會(huì)發(fā)出伽馬射線，從而被美國(guó)軍事衛(wèi)星捕捉。然而，令人意想不到的事情發(fā)生了。美國(guó)軍方發(fā)現(xiàn)，居然每天都能夠監(jiān)測(cè)到伽馬射線，難道蘇聯(lián)人每天都在不分晝夜地進(jìn)行核試驗(yàn)？后來(lái)，美國(guó)軍方才搞明白，他們所監(jiān)測(cè)到的伽馬射線其實(shí)并不是來(lái)自于蘇聯(lián)的核試驗(yàn)，而是宇宙中的天體發(fā)出來(lái)的。

科學(xué)家評(píng)估認(rèn)為，強(qiáng)大的伽瑪射線暴能夠殺死一定范圍的宇宙生命。伽瑪射線暴強(qiáng)大的輻射可破壞生物DNA，并導(dǎo)致行星失去大氣層。這或許能夠說(shuō)明，為什么我們至今仍然沒(méi)有找到其他宇宙生命。更致命的是，伽瑪射線暴還有定期發(fā)生的規(guī)律。這對(duì)宇宙生命而言，是個(gè)不利的消息，因?yàn)檫@會(huì)阻止宇宙生命進(jìn)化成高級(jí)物種。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，伽瑪射線暴在大約5億年前曾襲擊過(guò)地球，導(dǎo)致大量的生命滅絕。地球在過(guò)去的歲月中受到伽瑪射線暴的“洗禮”，只不過(guò)地球生命頑強(qiáng)地生存下來(lái)了。那么，地球未來(lái)的命運(yùn)會(huì)如何呢？