導(dǎo)致恐龍滅絕的“小行星大撞地球”，現(xiàn)在發(fā)生的概率有多少

一顆流星劃過天空

當(dāng)然，如此巨大的物體撞擊地球是極其罕見的事件。那么，地球被小行星或其他天外物體撞擊的頻率有多高？撞擊會(huì)導(dǎo)致什么后果？我們可以看看火星和月球的表面。數(shù)百萬(wàn)年來，無(wú)數(shù)太空巖石撞擊了這兩顆星球的表面，留下了大大不一的撞擊坑。

關(guān)于1833年獅子座流星雨的雕刻版畫，令人印象深刻

在地球上，情況就明顯不同了，因?yàn)樗?、風(fēng)和植物會(huì)覆蓋或侵蝕撞擊坑。在地球的歷史上，肯定也遭受過足夠多的宇宙巖石撞擊，但相關(guān)的證據(jù)還不是很充分。到目前為止，地球上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了192個(gè)撞擊坑。

火星上至少有42000個(gè)隕石坑。此時(shí)，一臺(tái)被稱為“毅力號(hào)”（Perseverance）的火星車正在火星的耶澤羅撞擊坑進(jìn)行探索。這是一個(gè)直徑超過45公里的大坑，估計(jì)最晚形成于36億年前。

英仙座流星雨期間的流星

小石頭變成了流星

來自太空的巖石大小不一，越大的石頭就越稀有。當(dāng)這些石頭撞擊大氣層并燃燒發(fā)光時(shí)，就被稱為流星。事實(shí)上，一直都有微小的巖石顆粒落到地球大氣中，這些形成流星的物體遠(yuǎn)比你想象的要小得多。它們通常重約1克，只有一粒沙子或一粒豌豆大小。這些小顆粒以極快的速度撞擊大氣中的空氣分子，燃燒并變成氣體，周圍的空氣也會(huì)被加熱至很高的溫度，以至于發(fā)出光亮。

當(dāng)殘存的物質(zhì)冷卻后，又會(huì)變成固體，像雨點(diǎn)一樣落在地球表面。有時(shí)候，我們會(huì)看到比平時(shí)更多的流星，這種現(xiàn)象被稱為流星雨。流星雨出現(xiàn)的時(shí)間是固定的，比如英仙座流星雨就出現(xiàn)在八月。

流星雨是在地球經(jīng)過彗星軌道時(shí)產(chǎn)生的。彗星在軌道上每接近太陽(yáng)以此，就會(huì)有一些冰蒸發(fā)并拖曳出灰塵、沙粒和卵石等固體碎片，成為流星體，散布于整個(gè)彗星軌道周圍。

2013年，Terje Fjeldheim在Setesdal高地發(fā)現(xiàn)的Valle隕石

神奇的流星

我們有時(shí)會(huì)見到一些更令人印象深刻的流星。它們發(fā)出的強(qiáng)光能劃破夜空，其中較大的通常稱為“火球”（天文學(xué)家通常用“火流星”來標(biāo)示特別明亮的火球，特別是發(fā)生爆炸的）。這些火球由拳頭大小或更大的太空巖石墜入大氣而產(chǎn)生，其效果與小得多的顆粒差不多，只不過它們的光芒更明亮，也更持久。

見過一次它就會(huì)深深地印在你的記憶里，是一種神奇的體驗(yàn)。事實(shí)上，火球發(fā)生的頻率很高，許多人一生中都可能經(jīng)歷一次。

從太空中看到的一顆流星

每天10到50顆隕石

更大的流星體，也許和籃球一樣大或者更大，有時(shí)可以在穿越地球大氣層的過程中殘存下來。落到地面之后，它們就成了隕石。有若干因素會(huì)影響流星體能否最終墜落到地面，其中很重要的一個(gè)因素是這些太空巖石的組成成分。

一塊石頭發(fā)生燃燒和爆炸的幾率更大，而一塊由鐵組成的流星體可以在穿越大氣層時(shí)保存得更久，并最終墜落在地面上。

一塊來自太空的巖石發(fā)生劇烈爆炸，使西伯利亞的森林遭受重創(chuàng)

在大氣層中爆炸的巖石可以發(fā)出強(qiáng)烈的光亮。如果爆炸的巖石足夠大，它們的碎片還是會(huì)以小石塊的形式墜落到地面上。據(jù)美國(guó)隕石協(xié)會(huì)估計(jì)，地球上每天有10到50塊隕石墜落。一旦落到地面，就不大容易找到它們了。挪威到現(xiàn)在只發(fā)現(xiàn)了16塊隕石。

那么，如果是一塊像汽車大小的石頭呢？在一年的時(shí)間里，地球會(huì)迎來大量來自太空的灰塵和巖石，與此同時(shí)，地球的大氣質(zhì)量也在減少。如果你把這些塵埃顆粒和那些稍大一些的碎片加起來，估計(jì)每天到達(dá)地球的質(zhì)量約有50噸。

讓我們?cè)俅竽懸恍?，如果是一塊汽車大小的石頭撞上地球，會(huì)發(fā)生什么呢？2019年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆長(zhǎng)度為4米的小行星。它快速墜入大氣層，在到達(dá)地面之前就已經(jīng)燃燒殆盡。據(jù)媒體報(bào)道，這個(gè)火球所釋放的能量相當(dāng)于6000噸TNT炸藥。

美國(guó)亞利桑那州的巴林杰隕石坑

并不罕見

幾米長(zhǎng)的天外物體并不罕見。據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的數(shù)據(jù)，每年大約會(huì)有一顆汽車大小的小行星撞擊大氣層一次。這些幾米高的太空巖石多數(shù)會(huì)在大氣中燃燒，不會(huì)造成太大災(zāi)害。

富含鐵的隕石有更大的幾率落到地面，并形成撞擊坑。戴普維克指出，一塊3米長(zhǎng)的隕石在2007年落在了秘魯境內(nèi)，形成了一個(gè)直徑達(dá)13米的撞擊坑。這是地球上已知最年輕的撞擊坑之一。

研究人員在一份關(guān)于該事件的研究報(bào)告中寫道，由長(zhǎng)度只有數(shù)米的巖石隕石形成的撞擊坑是很不尋常的。

從美國(guó)國(guó)家航空航天局在1994年到2013年間記錄的流星數(shù)據(jù)可以看出，這些物體的大小都超過1米，最大可達(dá)20米。它們照亮了天空，被稱為火球。幾乎所有這些物體都在大氣中燃燒，沒有造成任何傷害，只有一個(gè)例外。

破碎的窗戶

2013年2月15日，在俄羅斯車?yán)镅刨e斯克市附近，人們看到了一個(gè)異常明亮的火球劃過天空。一塊17到20米長(zhǎng)的太空巖石進(jìn)入了地球的大氣層。這塊石頭在離地面約30公里的地方燃燒起來，并發(fā)生了爆炸。

許多住宅的窗戶被爆炸的沖擊波震碎，一些建筑也遭到破壞。大約1600人受傷，主要原因是玻璃碎片劃傷。在直徑達(dá)數(shù)公里的范圍內(nèi)，許多村莊的房屋被毀。這些人實(shí)在太不走運(yùn)了，一開始，他們看到了一道不可思議的閃光，然后走近窗戶觀看。幾秒鐘后，窗玻璃就爆裂了。有些人的眼睛和其他部位受傷了。因此，在人口稠密的地區(qū)發(fā)生這樣的爆炸，會(huì)造成很不好的后果。

據(jù)科學(xué)家估計(jì)，像2013年車?yán)镅刨e斯克如此規(guī)模的小行星撞擊事件，在一個(gè)世紀(jì)中發(fā)生的次數(shù)不到兩次。

荒野中的爆炸

據(jù)稱，2013年車?yán)镅刨e斯克小行星撞擊事件是自1908年通古斯大爆炸以來最強(qiáng)烈的隕石爆炸事件。通古斯大爆炸發(fā)生在西伯利亞通古斯河附近、貝加爾湖西北方800公里處，估計(jì)爆炸威力相當(dāng)于2000萬(wàn)噸TNT炸藥。

據(jù)《大英百科全書》（Encyclopedia Britannica）記載，當(dāng)?shù)貥淠鞠仁侵穑饎?shì)后來被隨之而來的沖擊波撲滅；超過2000平方公里的森林被夷為平地。有目擊者描述了當(dāng)時(shí)的高溫、大炮般的巨響以及地面的震動(dòng)。直到許多年后，研究人員才對(duì)事發(fā)地點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了被隕石撞擊夷為平地并燒焦枯死的森林。

如果如此規(guī)模的小行星撞擊了某座城市，后果將是極其嚴(yán)重的。它把周圍幾公里的樹都撞倒了。當(dāng)沖擊波如此強(qiáng)大時(shí)，很多建筑將被摧毀。這對(duì)一座城市來說是非?？膳碌?。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局在 2019年的一項(xiàng)研究，造成通古斯大爆炸的可能是一個(gè)直徑在50至80米之間的石質(zhì)物體。它在離地面5到10公里的地方爆炸。不過，研究人員并沒有發(fā)現(xiàn)撞擊坑或該物體的殘留部分。

直徑50米的物體所留下的撞擊坑

“區(qū)區(qū)”數(shù)十米直徑的物體就會(huì)給地面造成巨大的破壞。另一個(gè)著名的例子是美國(guó)亞利桑那州北部沙漠中的巴林杰隕石坑。這個(gè)隕石坑寬1.2公里，大約形成于5萬(wàn)年前。戴普維克表示，造成這個(gè)隕石坑的是一塊鎳鐵質(zhì)隕石，直徑約為50米。當(dāng)時(shí)的撞擊過程非常劇烈。

隕石坑的規(guī)模通常比隕石大20倍左右。因此，這顆長(zhǎng)度50米的小行星在亞利桑那州墜落時(shí)，形成了一個(gè)大約1公里的隕石坑。當(dāng)時(shí)發(fā)生了爆炸，地面被猛烈撞擊，基巖融化，并在撞擊過程中噴射出大量灰塵、火山灰和氣體。

根據(jù)兩位研究者在《今日物理學(xué)》（Physics Today）上發(fā)表的一篇文章，此次撞擊產(chǎn)生的能量足以摧毀一座現(xiàn)代城市。對(duì)距離隕石墜落地點(diǎn)6公里以內(nèi)的中型動(dòng)物而言，撞擊產(chǎn)生的沖擊波是致命的。對(duì)于距離撞擊地點(diǎn)10到12公里內(nèi)的動(dòng)物，其肺部會(huì)受到嚴(yán)重?fù)p傷。

直徑250米的隕石會(huì)如何？

據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生在通古斯和亞利桑那州這樣的事件大約每一千年才會(huì)發(fā)生一次。這些太空巖石的直徑在50到80米之間。相比之下，導(dǎo)致恐龍滅絕的彗星或小行星直徑為10到12公里。那么，如果一塊直徑數(shù)百米或一千米的巖石撞擊地球，會(huì)發(fā)生什么？

挪威已經(jīng)確認(rèn)了三個(gè)撞擊坑。其中之一是位于內(nèi)斯比恩的加德諾斯撞擊坑，它的直徑為5公里，由一顆直徑約250米的隕石形成。

這樣的規(guī)模，已經(jīng)大到足以在撞擊地面時(shí)，其本身和大部分撞擊區(qū)域都會(huì)氣化，并以玻璃和灰塵的形式落下，到處都是。而整個(gè)隕石在撞擊時(shí)都被摧毀了。

如果今天有這樣大小的隕石撞擊地球，就會(huì)形成巨大的撞擊坑，并帶來強(qiáng)大的沖擊波、塵埃和震動(dòng)，對(duì)一個(gè)丹麥大小的地區(qū)產(chǎn)生影響?！兜厍蛭锢硌芯客ㄓ崱罚℅eophysical Research Letters）2017年的一項(xiàng)研究顯示，如果一顆直徑為250米的小行星撞擊地球，可能會(huì)導(dǎo)致10萬(wàn)人死亡。

1公里的隕石呢？

一顆直徑1公里的小行星可以對(duì)一個(gè)法國(guó)大小的地區(qū)造成巨大的破壞。這種大小的物體能以每秒20至30公里的速度移動(dòng)，這至少相當(dāng)于每小時(shí)72000公里的速度。當(dāng)一個(gè)物體以如此快的速度撞擊地面時(shí)，就會(huì)發(fā)生劇烈的爆炸，使地面受到嚴(yán)重?cái)D壓并融化。

這塊物體的很大一部分將被拋射出去，變成塵埃和碎石，覆蓋周圍的地區(qū)。在更大規(guī)模的撞擊中，其覆蓋范圍甚至?xí)M(jìn)一步擴(kuò)大。當(dāng)空氣被擠出撞擊區(qū)域時(shí)，沖擊波會(huì)在非常大范圍的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生影響?？諝獗粩D出，但也會(huì)回流。在一切穩(wěn)定下來之前，還會(huì)有額外的沖擊波。

沖擊波也向下傳播，對(duì)地面產(chǎn)生影響。這會(huì)導(dǎo)致一種可能引起地震的情況，而地震又可能引發(fā)滑坡和巖石滑坡，沖擊波也能把樹木壓扁，并在一個(gè)很大的范圍內(nèi)摧毀和碾碎一切。它還會(huì)產(chǎn)生高溫，間接導(dǎo)致火災(zāi)。

當(dāng)這樣的小行星墜落時(shí)，溫度可高達(dá)數(shù)千度，你可以想象，當(dāng)撞擊地點(diǎn)的巖石融化時(shí)，實(shí)際上是氣化蒸發(fā)，這會(huì)引起很多火災(zāi)。這種影響還取決于基巖的組成。導(dǎo)致恐龍滅絕的彗星或小行星撞上的就是含鹽沉積物和富含硫磺的巖石，這會(huì)導(dǎo)致有毒氣體的形成。不同的地方會(huì)產(chǎn)生不同的后果，但撞擊事件的確會(huì)導(dǎo)致這種情況發(fā)生。

5公里的撞擊物體呢？

美國(guó)普渡大學(xué)和英國(guó)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的研究人員在2004年發(fā)明了一個(gè)計(jì)算器，可以用來計(jì)算小行星或彗星撞擊地球時(shí)可能發(fā)生的后果。該計(jì)算器后來經(jīng)過更新，并被廣泛使用。

那么，如果一顆5公里長(zhǎng)的小行星撞擊柏林，會(huì)發(fā)生什么呢？根據(jù)計(jì)算，撞擊產(chǎn)生的隕石坑寬約54公里，深1公里。換言之，隕石坑將比城市本身還要大。撞擊產(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)度足以震碎整個(gè)歐洲的窗戶。在歐洲大部分地區(qū)，木制建筑會(huì)倒塌，而在德國(guó)大部分地區(qū)和波蘭部分地區(qū)，鋼鐵建筑也會(huì)倒塌。

當(dāng)撞擊發(fā)生時(shí)，如果你身處255公里外的漢堡，那你幾乎會(huì)立即感受到火球的熱量。撞擊可能會(huì)立即引發(fā)衣服著火、落葉樹木和草地著火。地震將在51秒后開始，并對(duì)建筑物造成中度損害。

撞擊過程中拋向空中的灰塵和石頭將在四分鐘后開始落回地面?；覊m和更大的碎片將覆蓋這一地區(qū)，形成85厘米厚的碎屑層。沖擊波將在13分鐘后到達(dá)。鋼鐵和木制建筑將被炸成碎片，90%的樹木將被掀倒?？梢哉f，這將是一場(chǎng)徹底的災(zāi)難。挪威奧斯陸和周邊地區(qū)將逃脫破壞性的熱浪，但沖擊波仍然會(huì)使木制房屋和幾乎所有的樹木倒塌。

在發(fā)生大規(guī)模撞擊事件時(shí)，高溫會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)

10公里的撞擊物體呢？

科學(xué)家認(rèn)為，一顆直徑10公里的彗星或小行星有可能會(huì)造成大規(guī)模滅絕。大約6600萬(wàn)年前，一個(gè)如此規(guī)模的天外物體撞擊了墨西哥，導(dǎo)致恐龍陷入浩劫，所有體重超過25公斤的動(dòng)物都滅絕了。

除了火災(zāi)、海嘯、地震和動(dòng)植物被摧毀之外，大量的灰塵和碎屑也被送入大氣層，遮蔽了太陽(yáng)光。這種情況會(huì)持續(xù)好幾年，使植物難以進(jìn)行光合作用，地球各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈遭到嚴(yán)重破壞。

據(jù)估計(jì)，這種大小的天體平均每1億年撞擊地球一次。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)這樣的大撞擊坑。導(dǎo)致恐龍滅絕的小行星墜落在墨西哥尤卡坦半島，形成了直徑為150公里的隕石坑。

南非的弗里德福特隕石坑更為巨大，直徑達(dá)到380公里。加拿大的薩德伯里隕石坑直徑為130公里。據(jù)報(bào)道，加拿大和俄羅斯還各有一個(gè)直徑達(dá)100公里的隕石坑。

不過，沒有證據(jù)表明隕石撞擊與地球歷史上其他的大滅絕事件有關(guān)。

太空中的一顆小行星

我們會(huì)目睹大型小行星撞擊地球嗎？

我們可能不需要太過擔(dān)心這一問題。畢竟，大型小行星的撞擊是非常罕見的事件。多年來，美國(guó)國(guó)家航空航天局和歐洲空間局一直在繪制可能構(gòu)成潛在威脅的小行星和彗星的地圖。

較早之前，美國(guó)國(guó)會(huì)給了NASA一項(xiàng)任務(wù)，要繪制出所有可能對(duì)人類生存構(gòu)成威脅的主要天體的地圖?？臻g科學(xué)家已經(jīng)逐漸發(fā)展出了相關(guān)的探測(cè)手段和專業(yè)知識(shí)，對(duì)許多非常大的小行星進(jìn)行記錄。幸運(yùn)的是，它們?cè)谖磥?00年內(nèi)都不會(huì)撞上地球。

在鄰近地球的太空中，超過1公里長(zhǎng)的小行星已經(jīng)有超過90%被發(fā)現(xiàn)。各國(guó)太空機(jī)構(gòu)也在努力尋找那些大小在1公里到140米之間的小行星。美國(guó)國(guó)家航空航天局估計(jì)，在直徑達(dá)140米或更大的小行星中，他們已經(jīng)探測(cè)到了約40%。

一顆5公里大小的小行星在柏林墜落時(shí)所產(chǎn)生的沖擊波范圍。外環(huán)區(qū)域的玻璃窗會(huì)被震碎；中環(huán)區(qū)域的木制建筑將倒塌；而內(nèi)環(huán)區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)建筑物會(huì)倒塌。模擬所輸入的數(shù)值是：小行星的平均角度和速度分別為45度和17千米/秒，密度為2600千克/立方米。

一系列的威脅

各國(guó)的航天局和空間局一直在記錄有潛在威脅的鄰近天體。目前，歐洲空間局的風(fēng)險(xiǎn)清單包括了1335個(gè)天體。這個(gè)名單在不斷變化。當(dāng)他們得到更好的測(cè)量結(jié)果時(shí)，就可以消除一些潛在的威脅，而其他的威脅一旦被發(fā)現(xiàn)，就會(huì)被添加到列表中。

幾十年來，對(duì)潛在威脅天體的認(rèn)識(shí)已經(jīng)改變了很多。當(dāng)我們第一次意識(shí)到小行星可能帶來危險(xiǎn)時(shí)，我們必須知道那里有多少顆小行星。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了很多。有很多小行星可能會(huì)穿過地球軌道，這種新的認(rèn)識(shí)導(dǎo)致了更多的不確定性和恐懼。但隨著太空科學(xué)家的觀察和計(jì)算，這個(gè)名單又開始縮小了。

一次令人不安的靠近

有時(shí)候，小行星確實(shí)會(huì)離地球很近。一顆名為“阿波菲斯”（Apophis）的小行星就引起了一些關(guān)注。這是一顆直徑為370米的小行星。它在很長(zhǎng)一段時(shí)間里都在名單上，就好像可能會(huì)撞擊地球一樣。最近它被移除了，因?yàn)楦_的觀察表明，它將在本世紀(jì)遠(yuǎn)離我們。

不過，到了2029年，阿波菲斯可能會(huì)非常接近地球，甚至可能會(huì)比一些人造衛(wèi)星所在的位置更近。

如果發(fā)生最壞的情況，比如有一顆小行星或彗星正全速撞向地球，那我們?cè)撛趺崔k？幸運(yùn)的是，人類早已經(jīng)考慮了對(duì)策，并正在制定相關(guān)的計(jì)劃。作為測(cè)試，今年晚些時(shí)候，NASA將嘗試用一臺(tái)太空航天器（即雙小行星重定向測(cè)試任務(wù)，簡(jiǎn)稱DART）改變一顆小行星的軌道。

歐洲空間局的目標(biāo)是能夠?qū)υ斐绍嚴(yán)镅刨e斯克撞擊事件那樣的天體發(fā)出預(yù)警。要達(dá)到那樣的專業(yè)水平需要一些時(shí)間。這是一個(gè)理想，但也是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的目標(biāo)。

這張圖顯示了科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的近地小行星數(shù)量隨事件推移的變化情況

天外物體撞擊地球的頻率是多少？

對(duì)于特定大小的天外物體，科學(xué)家估計(jì)了它們撞擊地球的頻率，以及造成的結(jié)果。

4米：平均1.3年發(fā)生一次，在空中爆炸；

20米：平均60年發(fā)生一次，在空中爆炸；

30米：平均185年發(fā)生一次，在空中爆炸；

50米：平均765年發(fā)生一次，在空中爆炸；

70米：平均1900年發(fā)生一次，在空中爆炸；

85米：平均3300年發(fā)生一次，在空中爆炸；

100米：平均5200年發(fā)生一次，形成撞擊坑；

150米：平均16000年發(fā)生一次，形成撞擊坑；

250米：平均59000年發(fā)生一次，形成撞擊坑；

400米：平均10萬(wàn)年發(fā)生一次，形成撞擊坑；

1000米：平均44萬(wàn)年發(fā)生一次，形成撞擊坑。

這些物體的密度取值為2600千克/立方米，速度為17千米/秒、撞擊角度為45度。