小行星撞击灾难离我们有多远

红薯爸

小行星家族的破碎往事

在我们太阳系的历史上，位于火星和木星之间的地带，发生过一些灾难性的碰撞，撞击产生的碎片形成了这里围绕太阳公转的小行星群

2020年12月23日7时23分，一颗火球划过我国青海玉树地区和西藏昌都地区交界的高空，将凌晨的天空照耀得亮如白昼。这一事件再度引发了人们对小行星撞击灾难的关注，人类会遭遇像恐龙一样的命运吗？

危险的太空

太阳系，一个在银河系数千亿个恒星系统中，看上去毫不起眼的普通星系，这里的八大行星，围绕着它们的恒星周而复始地运动。在这个星系中，从内向外数的第3颗大行星，表面大部分被海水覆盖，呈现出美丽的蔚蓝色，这就是我们的家园。大约46亿年前，太阳系和它的行星们共同诞生于一团星际气体中。在经历了原初的混沌后，太阳系逐步形成了稳定结构，生命的孕育也渐渐成为可能。

除了太阳和八大行星外，太阳系中还存在无数小星体。比如，在火星和木星轨道之间存在一个小行星带，里面遍布从粉尘大小的碎屑到直径数百千米的小行星。因为太阳系内几个大行星引力的扰动，小行星带的物体时不时会被抛离原轨道而去往太阳系的其他角落。尽管质量巨大的木星和土星吸引了大多数小行星，以及来自太阳系外围的远轨道彗星的“火力”，但还是有许多小星体会进入离太阳更近的轨道，其中更有一些会被地球的引力吸引而撞向地球。

现在，太阳系正处于中年相对平静的时期，没有那么多“碎片”小行星会撞击地球。但是，在地球和太阳系形成早期，太阳系是一个异常混乱而危险的地方。比如，地球刚形成不久，还是一团炽热的“面团”的时候，一颗火星大小的星体直接撞击了初生的地球，撞出来的碎片并没有离开地球轨道，而是在附近汇聚，形成了月球——这就是目前关于月球成因的主流观点。稍晚些时候，也就是大约40亿年前，刚刚形成的太阳和行星们更是经历了一段如地狱般的过程——遭受太阳系形成初期残留小星体的频繁撞击，也被称为晚期狂暴撞击时期（ Late Heavy Bombardment）。这一过程持续了大概8亿年，对于地球来说是相当难熬的一段时期。晚期狂暴撞击时代结束之后，小星体撞击地球的事件仍然时有发生，但是频率迅速下降，地球也因此终于有了喘息的时间，能够慢慢酝酿生命的形成。

小行星和彗星的主要区别是成分。小行星大多由岩石构成，而彗星还含有大量的冰和挥发性物质，所以会形成彗尾。當小行星的质量足够大、引力足够强，能使星体形成规则的球状或椭球状时，就能被称为矮行星。当星体质量进一步增大，大到足以把自身轨道上的其他小星体都清理掉之后，就可以成为行星了。按照这个行星标准，冥王星只能从曾经的太阳系第九大行星，降级为矮行星。

太阳系八大行星包括内太阳系的4颗固态行星（水星、金星、地球、火星）和外太阳系的4颗气态巨行星（木星、土星、天王星、海王星），火星和木星之间有一条小行星带

小行星碰撞行星的证据呢？看看月球的表面就知道了。一个个大大小小的陨石坑（即掉到地面上的小行星碎片）记录了漫长岁月里小行星不断撞击的结果。但是，为什么地球表面并没有像月球表面那样遍布陨石坑呢？这里有几个主要的原因。首先，地球存在大气层，很多小碎片进入大气层后，没到达地面就因为和大气摩擦而烧没了。质量在几千克以下、直径小于十几厘米的小碎片会在大气层中完全烧毁。其次，地球表面3/4被海洋覆盖，所以，大部分没有在大气层中烧毁的更大的陨石，大概率都撞进了大洋的底部。最后，和月球不同的是，地球的地壳一直处于活动状态，板块运动、造山运动和风化侵蚀等地质现象也会“抹去”很多陨石坑的存在。

位于美国亚利桑那州的著名陨石坑一一巴林格坑，直径大约1千米，形成于约5万年前，由一颗直径大约50米的铁陨石造成

尽管如此，地球陆地上还是有大大小小几百个已知的陨石坑。其中比较著名的几个大陨石坑还是旅游胜地。比如美国亚利桑那州就有一个开放的陨石坑公园，开车就能去，票价也不贵。

1908年6月20日的通古斯大爆炸，也被认为是由一颗直径约50米的陨石落在西伯利亚境内的通古斯地区造成的。因为现场没有留下陨石坑，所以一般认为这颗陨石在距地面几千米的高空就爆炸解体了，爆炸威力达到15兆吨TNT当量。这次爆炸摧毁了2000多平方千米的森林，将近8000万棵树。这些树沿着爆炸中心向外断裂，间接证实了爆炸源自一个中心点。

深度撞击

陨石撞击地面的速度和它的大小有关。

之前讲到，质量在几千克以内的星体碎片在落到地球表面之前就在大气层中烧毁了。那么质量更大的陨石呢？根据计算，质量在几千克到10吨以内的物体会因为大气摩擦而减速，最终会以约100米/秒的速度撞向地面。只要不是直接落到闹市区，这点撞击力对地球整体来说基本没什么影响。真正有影响的是10吨以上的物体，大气层对它们的减速作用并不是很明显，它们撞击地面的速度会达到每秒数千米。最可怕的是直径10米以上、质量超过1000吨的小行星，地球大气层对它们基本没有任何减速作用，它们撞击地面的速度和进入地球大气层的初始速度几乎没什么不同，能超过10千米/秒，这个速度大致和地球公转的轨道速度同一个量级。

我们来做个简单的计算，看看陨石撞击地球的能量威力有多大。这个能量就是陨石的动能（质量乘以速度的平方再除以2）。多数陨石的密度和冰块差不多，那么一颗直径250米的岩石小行星，撞击速度为20千米/秒，其撞击释放的能量就能达到1000兆吨TNT当量，相当于目前最大核弹威力的10倍。

所以一般来说，直径超过几百米的小行星，就可以对地球生命造成相当大的危害了，撞击后，飓风、地震、气候变化等严重自然灾害也会随之而来。直径超过几千米的小行星，对地球生命的危害将是全球物种大灭绝级别的。

好在越大的小行星，撞击地球的可能性也越小。当然，这么说并不严谨，因为只要等的时间足够长，任何大小的小行星撞击地球的概率都是100%。那么，为什么说越大的小行星撞击地球的概率越低呢？因为越大的小行星越稀少。这是自然界的一个普遍规律，对恒星、星系等来说，也都是越大的物体越稀少。

当然，这是按太阳系稳定后的小行星分布情况估算的。在太阳系形成初期，混沌中的撞击频率就要高很多。大致来说，直径小于1米的流星（指进入大气层因摩擦导致燃烧发光的小行星）几乎每天都有，当地球公转进入特定轨道区域时，还可以看到流星雨;能对地球生命造成严重伤害的直径几百米的小行星的撞击，几十万年到几百万年发生一次;而能彻底灭绝地球生命的直径几千米以上小行星的撞击，几亿年一次。考虑到地球生命存在的历史已经有30亿年（当然最早的是微生物，高级生物出现要晚很多），那么可以判断出，物种灭绝级别的小行星撞击应该已经发生过好几次了。

陨石坑的大小是陨石本身大小的10～20倍——具体当然还取决于陨石的成分和撞击点的地质。一般情况下，直径1000米的陨石坑所对应的陨石直径为50～100米。

曾经的霸主

6500万年前，一个闷热的夏日午后，在今天墨西哥境内的尤卡坦半岛上，一群梁龙（此处为假设，让侏罗纪的梁龙穿越到了白垩纪）正在河边喝水。突然，天空出现了一个硕大无比的火球，耀眼程度不亚于第二个太阳，伴随着震耳欲聋的巨响向北方极速划过。几乎是一瞬间，大地开始崩裂，浓烟和火焰淹没了眼前所见的一切。对于当时地球上的陆地霸主来说，世界的终结来得如此之快。

中生代白垩纪晚期，恐龙灭绝。目前科学界的主流观点是，在白垩纪到古近纪之间，一次小行星撞击事件导致了这场大灭绝。该事件发生的地点是今天墨西哥境内的尤卡坦半岛西北角，陨石坑的大小约为200千米，因此推算陨石的直径为10-20千米。经历了数千万年的演化，这个陨石坑风化严重，目前被深深掩埋在20千米的地下，中心位于一个叫希克苏鲁伯的小村庄。考古学家用同位素标记法测定，陨石坑形成于距今约6500万年前。因为这么大的陨石必然会造成大规模物种灭绝，而时间上又正好和恐龙灭绝的时间吻合，因此科学家相信，这次小行星撞击事件是导致恐龙灭绝的直接原因。

除此之外，地质学家还发现，在大约6500万年前白垩纪和古近纪分隔的地质学断层（即白垩纪一古近纪地层界线，也称K- Pg界线或K-T界线）上，全球性地留存着大量铱元素。铱元素在地球岩石中非常稀少，但在陨石中很常见。这就证实了一颗小行星在此期间撞击了地球，增强了这一时期地层中的铱元素丰度。

铱

元素周期表Ⅷ族过渡元素，元素符号l r，原子序数77，原子量192.22，面心立方晶格，稀有的贵金属。化学性质很稳定，是最耐腐蚀的金属。在地壳中的含量为千万分之一，常与铂系元素一起分散于冲积矿床和砂矿床的各种矿石中。

发现白垩纪一古近纪断层中铱元素的故事也非常有趣。最早发现这一现象的是沃尔特·阿尔瓦雷兹，一名地质学家。1977年，他在意大利一个叫古比奥的小村庄高高兴兴地挖石头，偶尔看到在两个地质时期的间隔层中，有一层不同的物質。他把岩石样本带回伯克利给他父亲路易斯·阿尔瓦雷兹看。路易斯是一名物理学家，并且赫赫有名，曾因在粒子物理方面的贡献获得1968年的诺贝尔物理学奖。父子俩于是开始研究那层不同物质的成分。借助其他科学家的帮助，他们在这层物质中发现了超过地层元素丰度600倍的铱元素。依据这一发现，阿尔瓦雷兹父子和其他两位学者在1980年发表文章，提出地外因素导致恐龙灭绝的理论，挑战当时主流的地球火山爆发引起气候变化导致恐龙灭绝的理论。

尽管在理论发表之初，多数学者持怀疑态度，但随着1991年希克苏鲁伯陨石坑的发现和年代测定，这一理论得到了越来越多的支持。2010年3月，一个由地质学家、古生物学家等相关学者组成的40多人的国际专家组，在阅读了大量文献和数据后，裁定恐龙灭绝的真正原因是小行星撞击，而非火山爆发。

因为小行星撞击地球的速度极快（10-20千米/秒），几乎在你看到小行星进入大气层的下一秒它就已经完成了撞击，人基本没有时间反应。这次碰撞的具体后果是什么呢？撞击的能量相当于100万颗氢弹同时爆炸，威力是地球目前所有核武器的几千倍。别以为只有撞击点才受到了影响，撞击造成超过10万亿吨的爆炸粉尘被推入上百千米高的大气层，之后伴随酸雨降落在整个地球上。与此同时，回落的碎片继续撞击地面，引起大火，燃烧各地。巨量的粉尘遮天蔽日，在长达一年的时间里，整个地球都笼罩在浓雾中，昏暗不见天日。酸雨毁灭植被和海洋生物，见不到阳光则引起地表温度降低，地球进入长达10年的气候寒冬。这次撞击对地球气候和生态系统的破坏是毁灭性的，在短短数十年内就令75% -95%的物种消失。之后，地球进入漫长的复苏期，物种的演化重新开始。

前面已经说过，能造成全球物种灭绝的小行星（几千米直径）撞击地球事件，平均数亿年能有一次。对于稍小一点的小行星（几百米直径），这种撞击频率就高很多，平均几百万年一次，而且也能造成大规模灾难。而这些频率只是统计上的平均说法。小概率、独立性事件的发生是随机的，所以有可能连着发生几次，然后很长一段时间相安无事。人类已经存在了大约200万年，按概率推算，下次小行星撞地球（大规模灾难级别，还不到全球物种灭绝级别）的时间大概也不远了。当然，这里说的是上百万年的时间尺度。别忘了，人类进入太空才只是60年前的事，我们应该有足够的时间去发展科技，来应对未来的小行星撞击灾难。

灾难性质：小行星（以及其他太阳系内小星体）撞击地球

发生频率：几百万年到几亿年一次

毁灭时间：陷入毁灭性破坏几十年

应对程度：30% -40%

总结：小行星撞地球是潜在危险，也曾抹去过地球上繁荣的生命景象。能引起大规模乃至全球物种灭绝的小行星撞击事件发生频率很低，我们应该有足够的时间去发现潜在的小行星威胁，并部署相应的策略去化解危机。

未雨绸缪

目前应对小行星威胁的首要方法是监测。

直径大于几百米的小行星，直接撞击地球的话将会带来灾难性后果。即便是直径几十米的小行星，如果撞在人口密集区域，也会造成不良后果。所以，人类必须严密监测所有可能进入地球轨道的小星体。这些监测机构有些隶属官方，有些是民间组织。利用望远镜巡天，我们可以发现太阳系内的移动小星体，并估算它们的大小、成分和运动轨迹。早早发现可能的威胁，可以保证我们能有几年甚至几十年的时间去准备应对。而破坏力能达到灾难级别的小行星按平均统计来说，在几百年到几千年内直接撞击地球的可能性几乎为零，所以我们并不需要杞人忧天。但是，时刻保持警惕是非常必要的。不怕一万，就怕万一。

如果发现朝着地球直奔而来的足够大的小行星，可以考虑用人工撞击改变其轨道的方法来解除危险——相比把小行星整个炸碎，这种方法需要的能量少很多。2005年，美国航空航天局（ NASA）发射的深度撞击号彗星探测器就成功撞击了直径几千米的彗星坦波尔1号，并稍稍改变了彗星的轨道——因为所用能量很少，只有4.8吨TNT当量，因此彗星轨道的改变也很小，基本可以忽略。所以，无论从理论还是实践的角度来说，只要发现得够早，我们就有时间去准备，解除一颗直径10千米左右的小行星或彗星的威胁。目前，NASA和欧洲航天局（ESA）都有计划进一步实践这种方法的有效性。

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