来自太空的威胁

时间：2023-01-31 理论教育版权反馈

【摘要】：第五章来自太空的威胁——小行星和彗星撞击地球本世纪的天文事件人们曾经认为地球是一个安全舒适的避难所，能阻挡动荡的宇宙中的诸多纷扰，而1993年，美国已故天体科学家尤金·舒梅克的遗孀卡罗琳·舒梅克和她的同事戴维·列维的一项发现永远改变了人类对地球的认识。在美国，国家宇航局和国防部已初步开始资助一些与保卫太空相关的项目，英国政府也成立了工作小组来考查小行星和彗星撞击地球的风险。

来自太空的威胁_小行星和彗星撞击地球_全球灾变与世界末

第五章
来自太空的威胁——小行星和彗星撞击地球

本世纪的天文事件

人们曾经认为地球是一个安全舒适的避难所，能阻挡动荡的宇宙中的诸多纷扰，而1993年，美国已故天体科学家尤金·舒梅克（Eugene Shoemaker）的遗孀卡罗琳·舒梅克（Carolyn Shoemaker）和她的同事戴维·列维（David Levy）的一项发现永远改变了人类对地球的认识。舒梅克研究小组发现了21块巨石，它们曾是一个彗星的组成部分，木星巨大的引力场使它们分离开来——木星是一个主要由氢气和氦气组成的巨大星体，体积是地球的1,300倍。受木星的引力作用，这颗彗星并未像大多数彗星一样围绕太阳运行，它的岩石碎片现在围绕木星这个行星之王运行。由于木星已经有了一大批卫星，再多几个就会比较有趣。但不同寻常的是，这些新“卫星”的生命非常短暂，它们在第二年就会撞向木星结束生命，从而向地球科学家们展示了行星受到太空中大块碎石撞击的全景。

1994年7月16日，恰逢首次载人登月行动——阿波罗II号发射——25周年纪念日，第一块舒梅克-列维彗星（Comet Shoemaker-Levy）碎片撞向了木星，喷出了由气体和岩石碎屑组成的巨大烟云和迅速向外扩散的冲击波。碎片接连不断地撞击木星，壮观的景象被地球轨道上的哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）和前往木星途中的伽利略探测器（Galileo probe）拍了下来。最初的撞击发生两天后，一块直径4公里、名字平淡无奇的碎片G岩石块以相当于100万亿吨TNT的力量撞向了木星，其能量约等于80亿个广岛原子弹爆炸的威力。撞击产生了刺目的闪光，使许多追踪该事件的红外望远镜都暂时失灵。随后强光迅速减弱，呈现出一个比地球还大的黑色撞击区。每个目睹这一骇人景象的人都必然会产生同样的想法：如果碎片G撞击的不是木星而是地球，那将会怎样？

几乎一夜之间，地球变成了一个相当脆弱的地方，人类的命运也岌岌可危。科学家、普通民众、甚至连政治家都突然间开始认真思考来自太空的威胁。两部好莱坞大片满足了公众对撞击事件日益增长的兴趣，它们以不同程度的科学严谨性表现了彗星或小行星撞向地球时人类可能面临的遭遇。

1996年，也就是木星撞击事件发生两年后，一个名为太空卫士基金会（Spaceguard Foundation）的国际机构成立，目的是寻找有潜在危险的小行星和彗星，提高公众对撞击威胁的整体意识。在美国，国家宇航局（NASA）和国防部已初步开始资助一些与保卫太空相关的项目，英国政府也成立了工作小组来考查小行星和彗星撞击地球的风险。忽然之间，每个人都想了解未来地球被撞击的可能性有多大，以及撞击对地球和人类会有什么影响。第一个问题很容易回答：可能性是百分之百。在漫长的历史中，地球一直在受到太空碎片的撞击，尽管次数比数十亿年前少得多，但未来地球仍难逃脱被撞击的命运。关键问题是：什么时候？至于撞击会给人类带来多大的灾难，这在很大程度上取决于撞击我们的岩石块的大小。

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图17　1994年舒梅克－列维彗星碎片撞击木星的壮观景象

宇宙沙暴

为了更好地了解地球可能遭到撞击的频繁程度，我们需要知道究竟有多少岩石块在太阳系周围急驰，特别是那些因距离地球太近而造成威胁的碎石块。虽然大量岩石碎片已被早期太阳系中初步形成的行星所清除，但无数的岩石碎屑仍然存在，既包括几毫米的小微粒，也有小行星谷神星（Ceres）等直径超过1,000公里的巨石。实际上地球在太阳系中运行时经常遭受撞击，就好像一个人在沙漠中行走时不断与沙暴搏斗。幸运的是，在数十亿的碰撞碎片中，大多数碎片都很小，而且一旦进入地球大气层这个保护层，它们就会在瞬间消失。当然，地球也会不时地与较大的东西碰撞。

在大气层中，每5分钟就有一个豌豆大小的碎石块燃烧掉，每1个月就有一团足球大小的火光划过，用尽最后的力量将天空照亮。较大的物体可能穿过大气层到达地面，但这很少见，一年里只有几次。每隔几个世纪，地球就会与40到50米大小的石块相撞，如果这样大的物体直接撞击一个城市，这个城市就会被摧毁。最近一次有详实记录的这种规模的撞击就发生在1908年。

虽然整个太阳系充满了各种碎片，但仅从灾害性考虑，我们真正感兴趣的只是那些通过撞击地球而消失的碎石块。这种威胁地球的物体大多是岩石小行星（rocky asteroids），它们绕太阳运行的轨道或靠近地球轨道，或与地球轨道交叉。这种近地小行星（NEAs）的确切数目我们无法确定，但据目前估计，数量相当惊人。

多达2,000万个直径超过10米的岩石碎片在太空穿梭时可能穿过或靠近地球轨道。在这些岩石碎片中，直径超过100米的多达10万块，如果它们直接撞击地球，则足以毁灭伦敦和纽约；直径超过500米的可能有2万块，如果撞击地面，则足以毁灭一个小国家；如果撞入海洋，则足以引发破坏性很强的海啸。直径为1公里以上的碎石块数量更少，但破坏力更为巨大，它们如果撞击地球，则可以毁灭一个像英国那样大的国家；如果直径达到2公里以上，就会造成全球性的毁灭。尽管直径为2公里只相当于20个足球场那么大，但这种物体在碰撞中的动能十分巨大，它在撞击地面后会留下一个直径约40公里的陨石坑，并引起大量的岩石粉末状碎屑进入大气层，遮蔽阳光，使地球长年陷入寒冷的宇宙冬天（cosmic winter）。

对直径为1公里以上的近地小行星的数目有一系列统计结果，最新的结果是大约1,000颗。到2005年8月，其中的794颗已经得到确认，约为总数的3/4，它们的轨道可以及时被预报，以检察它们是否会对地球构成中期威胁。寻找其余近地小行星的工作还在继续，并且至少还需要几十年。一旦完成了这项工作，并且发现地球并非注定会成为袭击目标，我们也就有了一点安全感。不过遗憾的是，问题并没有到此为止。让我们担心的还有慧星。

彗星是大量岩石和冰块的聚集物，直径可达100公里以上。与小行星近似圆形的轨道不同，多数彗星沿着明显的椭圆形轨道运行，从寒冷的太阳系边缘地区或外太阳系运行到太阳附近，然后再次离去。在茫茫的太空深处，神秘莫测的彗星极不容易被发现。但是，当它们进入太阳系内部，就发生了显著的变化：由于受到太阳的炙烤，彗核（nucleus）中的气体和尘埃粒子被蒸发，形成了一条非常壮观、能延伸1亿公里以上的彗尾（tail）。长久以来，彗尾的时隐时现常常被人们当作厄运和灾难的预兆，这种看法不无道理。彗星的运动速度通常为60到70公里/秒，比协和式飞机快100倍，约为常规近地小行星速度的3倍。正因如此，彗星和地球之间碰撞所产生的能量会更加巨大，破坏力也更加惊人。

另一个问题是，与小行星不同，人们对彗星轨道参数缺乏了解，因而很难预测它们是否会构成威胁。在所有的彗星中，哈雷彗星无疑是最著名的，它环绕太阳运行的周期为76年。人类在过去几千年中曾多次观测到它，对它的轨道有比较充分的了解，因此有可能计算出它在未来很长时间内的运行轨道。计算结果表明，哈雷彗星至少在公元3000年以前不会威胁到地球。但是，对于其他沿抛物线轨道（parabolic orbit）在太空中穿梭的彗星来说，它们的运行远远超出了太阳系。其中一些彗星可能在很久以前出现过一两次，其余的可能正首次飞向内太阳系。这种情况下，我们不可能依据历史记录预测它们的轨道，一旦我们发现其中的一颗正飞向地球，距离这一不可避免的灾难性撞击也就只有6个月了。此外，由于这些彗星一直在太空深处运行，它们个头非常巨大，直径可达100公里以上。这是因为它们没有遭受太阳风（solar wind）的冲击。太阳风即太阳粒子风暴，当彗星穿过内太阳系时，太阳风使得彗星的一部分蒸发，产生特有的彗尾。

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图18　已知的近地小行星轨道让我们看到，地球周围空间实在太拥挤了。图中也给出了下面4个行星的轨道：1．水星　2．金星　3．地球　4．火星

星球何时相撞

月球表面数百万密密麻麻的环形山不是火山爆发的结果，而是太空物体撞击的结果，该理论的倡导者一直在为了说服科学家和大众接受这一观点而不懈努力。早在19世纪早期，德国自然哲学家弗朗茨·冯保拉·格鲁伊图伊森男爵（Baron Franz von Paula Gruithuisen）就断言，月球表面的环形山是“远古时代宇宙撞击”的结果，但该说法遭到了“严肃”科学家的蔑视。（他还进一步声称，有确凿的证据表明月球表面存在人类和动物。毫无疑问，这与前面的断言有关。）在19世纪末期，美国地质学家格罗夫·卡尔·吉尔伯特（Grove Karl Gilbert）采用向粉末或软泥投射物体的方法，尝试在实验室模拟月球表面环形山的形成。但是，吉尔伯特对观测到的结果感到困惑：只有垂直投射的物体才能够产生如同月球表面上的圆形环形山。据此，W.M.斯马特（W.M. Smart）于1927年宣称，月球表面的环形山不可能由碰撞引起，因为“陨石不会总是垂直下落”。直到看见了第二次世界大战中数十亿吨炸弹爆炸的效果以后，地质学家才开始明白，如果爆炸足够剧烈，不论弹道的角度如何，都能形成圆形的弹坑。也就是说，物体撞击月球时所产生的剧烈爆炸几乎无一例外地会形成圆形陨石坑。值得一提的是，“月球表面环形山源于撞击”这一观点又历经了25年才赢得广泛认可，而且即使在今天，面对压倒性的反面证据，仍有个别特立独行的科学家坚持认为月球表面的环形山源于火山爆发。在科学界，要使任何新的理论得到认可无异于一场战争，地质学也不例外。正如板块构造学说的支持者最初不得不同反对力量进行艰苦斗争一样，主张地球和月球曾遭到撞击的科学家也曾同样步履维艰。

早在1905年，本杰明·蒂尔曼（Benjamin Tilghman）提出，亚利桑那州著名的巴林杰坑（Barringer Crater，现在称之为‘陨石坑’）是“前所未有的巨大陨石撞击”的结果。但是，这一观点并没有说服力，因为蒂尔曼与他的同事工程师D.M.巴林杰（D.M. Barringer）经过25年的挖掘，并没有找到撞击物本身。现在大家明白了撞击物会被碰撞产生的巨大热量所蒸发，但当时由于没有确凿的证据，人们更相信那些提出其他形成机制的科学家。

直到二战结束，许多地球科学家的各种想法都被否定，月球环形山的撞击起源说才被接受，但是，这些科学家还是极力否定地球表面环形山结构的撞击起源说。由于地球具有更强大的引力场，被撞击的频率可能比月球高30倍，因而这种否定愈加显得离奇。然而，由于地球的动态性质，撞击坑极易被破坏，特别是那些年代久远的，所以这种否定也在意料之中。由于板块构造，尤其是板块俯冲过程——在此过程中玄武岩海洋板块在地球内部的高温下持续消耗，大约2/3的地表在几亿年前才形成。最强烈的撞击发生在地球形成初期的几十亿年间，证明这一观点的证据只有在不受俯冲过程影响的古老的花岗岩大陆中心才能找到。因为花岗岩容易被腐蚀和风化，也许经过时间的洗礼，这些撞击坑很难再被发现。一些最古老的岩石上保留下来的撞击坑可能最多，它们分布在很偏远的地区，如西伯利亚、加拿大北部和澳大利亚。有些撞击坑非常大，只有在太空中才能看到它们的真正形状。今天，借助于人造卫星的帮助，全球已有超过172个撞击坑得到确认，而地球容易被太空物体撞击这一观点已经像板块构造学说那样深入人心。

然而，争论还远没有结束，辩论仍然在科学界继续，特别是关于撞击的频率和规律，以及——也许是门外汉最感兴趣的——下一次大撞击对人类文明的影响。撞击发生的频率还极不明确，不同观点间存在严重的分歧，一方赞成撞击物的流量是常数，另一方则提倡所谓的集束撞击（impact clustering）。尽管地球在早期遭受了非常猛烈的撞击，但撞击匀变说（uniformitarianism）的追随者竭力证明撞击率是均匀的、不变的。相反，他们的对手则倡导另一种相干灾变说（coherent catastrophism）理论，认为由于某种原因，地球会受到越来越多的小行星和彗星的周期性撞击。

如果我们要客观地评估未来撞击对人类文明的威胁，很明显，不论撞击次数维持在目前的水平，还是在将来会更严重，我们都应该尽快确定，这一点极为重要。如果前者是正确的，那么一切照常，也就是说，大约几百年发生一次陨石直径为50米、可能摧毁一座城市的撞击，几万年发生一次陨石直径为半公里、可能消灭一个小国家的撞击，而陨石直径为1公里、影响波及全球的撞击事件每60万年发生一次。很幸运的是，巨大的毁灭级事件（Extinction Level Events: ELEs）——如6,500万年前终结了恐龙王国的、由10公里超大陨石引起的撞击——大约0.5至1亿年发生一次，因此，这种陨石在不久的将来撞击地球的可能性很小。基于以上撞击率，行星和彗星威胁论的支持者提出了引人深思的撞击死亡率问题。假如你能够建造一台时间机器，飞驰到1,000万年以后的世界，在那里找到一个“行星记录中心”并向它咨询，你会得到一个很有趣的事实。百万年间，因空难（无疑包括太空空难）而死去的人数可能在10到15亿之间，而如果地球被两块1公里大小的物体撞击一两次，死亡总数可能为5到7.5亿以上，可见空难死亡人数是地球撞击事件中死亡人数的两倍。也就是说，在你有生之年，因行星或彗星撞击而死亡的概率是空难的一半。如果真这样想我们就能安心了。可是换个角度看，因小行星或彗星撞击地球而死亡的概率可能是你赢得英国彩票头奖概率的350多倍，你可能就会吓一跳。实际上，真实情况可能比这更可怕。如果相干灾变说成立，那么在某些时期内，地球乃至整个太阳系都会穿行于某个岩石碎片异常多的宇宙空间，从而使各种程度的撞击事件都显著增加。

一些理论认为，这种威胁地球的太空岩石碎片的周期性增加是由于奥特云（Oort Cloud）周期性干扰。奥特云是一个巨大的球形彗星群，在距离冥王星轨道很远的地方将整个太阳系包围。一般情况下，星云中彗星的运行轨道非常庞大，离最近的恒星也有1/4个轨道周长的距离，因此它们难得光临内太阳系，偶尔只有一两个。但是，如果一些星云受到外界因素的干扰，就会使成千上万的星云片的轨道被改变，它们会冲向太阳，从而极大增加了与包括地球在内的太阳系行星撞击的可能。关于奥特云如何受到周期性的干扰，学者提出了很多观点，包括因为X星（X planet）穿过星云，或者遥远的太阳暗伴星。人们曾极力寻找这颗虚构的X星，有些科学家认为，它的运行轨道离冰冻的冥王星和新近发现的小行星赛德娜（Sedna）的轨道很远。

另一个颇具吸引力的理论叫做西瓦假设（Shiva hypothesis），这个名字源于印度教的毁灭和重建之神。纽约大学的迈克·兰皮诺及其同事大力倡导该理论，他们认为地质资料中记载的大灭绝是大撞击事件的后果，这种撞击很有规律，每2,600万到3,000万年发生一次。兰皮诺及其同事把撞击与围绕银河系中心的太阳系轨道——包括地球轨道——联系起来。太阳系的轨道会上下波动，大约每3,000万年，这个轨道就会使太阳及其行星穿过光碟一般的银河系，这时，银河系中心质量巨大的恒星的引力就会发挥作用。兰皮诺学派认为，这足以使奥特云彗星群的轨道受到一定程度的干扰，并使一系列新彗星进入太阳系的中心，从而大大增加地球遭受大撞击的频率。太阳系上一次与银河系相交距今只有几百万年，难道此刻正有一群彗星飞向我们吗？等到我们发现时，也许已经太晚了。

由于西瓦假设涉及到地质时间尺度上的周期性，因此，在讨论撞击事件的即时威胁时很少提及它。英国天文学家维克托·克莱贝（Victor Clube）和比尔·内皮尔（Bill Napier）的观点则与我们自己及后代的安全和生存问题有很大关系。他们认为，每隔几千年，地球就会遭受物体团的撞击，上一次严重撞击发生在4,000年前的青铜器时代，时间之近让我们不得不担忧。为了弄清是什么原因引发了这次撞击，我们需要再次探索宇宙深处的奥特云。先不说太阳系在银河系中运动时可能产生的星云扰动，正常情况下，大约每两万年就有一个新彗星从奥特云落向内太阳系。这颗新彗星很快被太阳或木星强大的引力场“俘获”并彻底分解，形成一圈沿原彗星轨道散开的碎片，但这些碎片还是集中在原彗星位置的周围。通过这种分解途径，一颗较大的彗星能在内太阳系“播种”大约100万个直径为1公里的岩石块，使威胁地球的物体显著增多，大大提高了地球被撞击的可能性。克莱贝、内皮尔和相干灾变说流派中的其他学者提出，由于来自奥特云的大彗星在大约1万年前的上次冰期末进入了太阳系，彗星散开并形成了被称为金牛座复合体（Taurid Complex）的大量碎片。每年12月，当地球穿过这一碎片流时，小岩石碎片和沙砾大小的石头就会在大气燃烧，有时就会产生金牛座流星雨的壮观场面。然而，这些无足轻重的小碎片仅仅是金牛座复合体的尾端，在复合体的中心则包含了一个直径5公里的穿过地球轨道的恩克彗星（comet Encke），以及至少40个相伴随的小行星，一旦它们中的任何一个撞击地球，都将带来全球性的大浩劫。

在金牛座复合体绕太阳运行的轨道上，碎片沿着轨道的分布情况很像万米赛道上的运动员：大多数人扎成一堆，其余则零散地分布在赛道上。根据相干灾变理论，地球轨道与金牛座复合体的轨道在一个几乎没有碎片的地方相交，出现了圣诞节前常有的壮观景象，但也仅此而已。大约每隔2,500到3,000年，在通过金牛座复合体轨道上类似于运动员扎堆的地方时，地球就成了一连串直径约200到300米的石块的攻击目标。英国利物浦约翰摩尔斯大学的社会人类学家本尼·派泽（Benny Peiser）认为，正是大约4,000年前的这次撞击导致了公元前第3个千年内很多早期人类文明的衰落。派泽等人用一系列地球撞击事件解释了同时期的历史资料，由于这些撞击物的体积太小，不会引发全球性的影响，但这些撞击却足以给古代社会带来严重破坏，产生毁灭性的空气冲击波、地震、海啸和大火灾。公元前2350年左右，欧洲、非洲和亚洲的许多中心城市几乎同时倒塌，历史记录中充满了水灾、火灾、地震和大规模的混乱。当然，对这些记述可以另作解释，因为古人对这些事件的记述有时显得很荒诞，而且很难找到地球在这一时期遭到来自太空物体撞击的证据。即便如此，人们依然在澳大利亚、爱沙尼亚和阿根廷发现了7个撞击坑，它们的历史分别有4,000到5,000年，搜寻其它撞击坑的工作也在继续。有人提出，也许正是撞击次数的增多引发了罗马帝国的崩溃和黑暗时期的出现，因为当时正是地球最近一次穿过金牛座复合体的密集区，时间是公元400到600年期间，但由于缺乏有力证据，这一观点很难得到肯定，而且，大型火山爆发也同样可以解释这一时期的地球气候恶化。近年来，在考古学者、人类学者、历史学者中间出现了一种令人担忧的趋势：他们试图用某种自然灾害解释每一个历史事件，如小行星撞击、火山喷发或者地震，而这种解释大多都建立在很不充分的证据之上。本书旨在揭示自然灾害对大家的影响，因此我不会愚昧地认为历史文明并未多次遭到自然的破坏，但是，如果将一切历史事件——从英国内战和法国大革命到罗马帝国的衰落以及成吉思汗西进都归因为自然灾害，那就贬低了自然灾害潜在的毁灭性效果，低估了自然对人类文明进程的影响。

你愿意怎样死去

目前，金牛座复合体模型在撞击威胁论中尚处于弱势，如果我们赞同这一模型，也许在大约1,000年以后，一连串刺目的闪电和刺耳的声震^〔1〕就会出现，预示着下一批彗星碎片的到来。也许我们明天就会被毁灭，也许10多万年以后一座城市会被毁灭，也许100万年以后全球都将陷入岩石粉末笼罩下的宇宙冬季。下次大灾难会给人类带来怎样的影响？这有赖于三件事情：（i）撞击物的大小，（ii）撞击物的运动速度，（iii）撞入海洋还是撞向陆地。若其他参数相同，撞击物越大，它的影响就越严重、越广泛。需要重申的是：一个50到100米大小的撞击物足以毁灭一个大城市，或者一个欧洲小国家，或者美国的一个州。撞击物体积越大，它的破坏力和破坏范围也将逐渐增加，当撞击物达到直径2公里这一临界尺寸后，除了引起区域或次大陆范围内的巨大破坏，还将造成一段时间内的温度骤降和植物生长减缓，从而影响整个地球。撞击物若大于2公里，地球生态系统就会受到越来越严重的破坏，直至引发大规模的物种灭绝。在6,500万年前的白垩纪末期，一个10公里大小的物体在墨西哥海岸外撞向地球，不仅导致了恐龙灭绝，而且致使当时所有物种的2/3也同时灭绝。更令人焦虑的是，有证据表明，在大约2.5亿年前二叠纪末期的一次大撞击后，只有不足10％的物种幸存下来。总的来说，地质记载中至少28％的物种灭绝与大撞击有关，正如我在前面章节中提到的，有些学派低估了撞击事件对环境的严重影响，倾向于认为以往物种的大规模灭绝与玄武岩熔岩大喷发有关。

一块飞向地球的岩石的破坏力与它携带的动能直接相关，这不仅反映在物体大小上，也反映在撞击速度上。对所谓的长周期（long-period）彗星，它们的轨道能带它们进入遥远的星际空间，与近地小行星和在太阳系中心运行的彗星相比，这种长周期彗星的运行速度极快，破坏力也更大。破坏性质和破坏范围还取决于物体的撞击点是陆地还是海洋。地球表面的2/3被水体覆盖，从统计学角度来说，小行星和彗星的大部分撞击点是海洋。在这种情况下，与撞击陆地的情形相比，进入大气层的岩石粉末数量就会减少。但是，由于它所引发的大海啸能够严重破坏整个海洋盆地，这一小小的优点也被抹煞了。而且，随着巨量的水分和盐分进入大气层，气候可能受到严重影响，甚至保护人类的臭氧层也将暂时被毁坏。撞击影响环境的证据主要来自于对一大一小两次撞击事件的研究。

在1908年，一个相对较小、直径约50米的小行星穿过了地球大气层，在俄罗斯西伯利亚通古斯卡地区不足10公里的上空爆炸。这次大爆炸释放的能量约等于800个广岛原子弹，其声音可以在相当于4个英国的范围内听到，爆炸击倒了2,000平方公里的茂密森林。数千公里外的地震仪记录了这次爆炸，自动气压记一次又一次地检测到了冲击波的信号，直到它绕地球3周后最终消失。爆炸产生的烟尘使得欧洲夜晚的天空异常明亮，据当时的报告记载，人们能借着光亮在午夜的伦敦玩板球。由于通古斯卡地区难以到达，第一支俄罗斯探险队在25年后才抵达那里，而令俄罗斯科学院矿物学家列昂尼德·古利克（Leonid Kulik）及其团队迷惑不解的是，他们没有找到预想中的大撞击坑。但是，他们发现一片被严重烧焦的树林，它们齐刷刷地倒下，形成了一个直径60公里的圆形区域。当撞击物进入大气层时，巨大的应力引起了岩石爆裂，该区域就是空中爆炸形成的。由于该区域人口稀少，撞击造成的伤亡很少，大约有数人死亡，20人受伤。如果晚4个小时，地球自转把圣彼得堡这个大城市带入小行星的降落范围，那将会带来一场大浩劫。

与6,500万年前墨西哥尤卡坦半岛外海发生的大撞击相比，通古斯卡撞击事件就相形见绌了。一个10公里大小的小行星或彗星——不能准确判定其性质——撞进了尤卡坦半岛外海，永远地改变了我们的世界。几毫秒内，一场超乎想象的大爆炸释放了几十亿个广岛原子弹同时爆炸的能量，同时形成温度高于太阳的巨大火球。火球使海洋蒸发，并在海底形成一个直径为180公里的撞击坑。直冲云霄的冲击波将空气撕裂，向空中喷出了超过100万亿吨的熔岩浆，随后散落到全球。爆炸引发的地震把比欧洲还大的一片区域瞬间夷为平地，所有的生命几乎消失殆尽。力量比最强飓风还要高5倍的超级飓风咆哮着（hypercanes）撕开了大地，会同巨大的海啸不断击打着几千公里外的海岸线。

接下来发生的事情更糟糕。被炸到空中的岩石像雨点般在全球各地纷纷落下，重新进入大气层时产生的热量向地面辐射，如大烤箱一般将动物活活烤死，引发的大火使地球上的森林和草原成为荒地，将地球上1/4的生命化为灰烬。即使空气和海水平静下来，地壳停止震颤，从天而降的碎石块停止轰炸，灾难还远没有结束。在接下来的几周内，空气中的烟尘遮蔽了阳光，使温度下降高达15℃。四周越来越暗淡，越来越寒冷，幸存的植物渐渐枯死，那些残存的食草恐龙也慢慢被饿死。海洋生物的命运也很悲惨，全球大火产生的有毒物质，以及撞击产生的大量硫磺进入大气后形成的酸雨注入了大海，毁灭了3/4的海洋生物。多年的严寒以后，希克苏鲁伯撞击（Chicxulub impact）带来的黑暗终于消散了，但此后火球撞击产生的氮氧化物发生了化学反应，将臭氧层撕成了碎片，毒辣的阳光炙烤着大地，形成了强紫外线辐射的春季——紧随宇宙冬季，许多幸存下来的物种饱受煎熬，它们无望地挣扎着，艰难求活。地球的自然平衡遭到了巨大破坏，有人估计，地球大约经历了几十万年的时间才从希克苏鲁伯撞击带来的灾难中恢复过来。当地球重归平静时，巨大的爬行动物的时代已经终结——只剩下早期哺乳动物，即人类的远祖——同时启动了一场进化试验，并最终随着人类的直立行走而宣告成功。但是，人类会有同样的经历吗？为了评估其可能性，让我们仔细看一下撞击事件的破坏力。

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图19　1908年一颗小行星在通古斯卡（西伯利亚）上空爆炸，森林被夷为平地。

在通古斯卡撞击事件中，森林被破坏的部分原因是爆炸所产生的巨大热量，但主要原因还是爆炸所引起的冲击波。强大的冲击波生生地把树击倒，将森林夷为平地。冲击波的强度取决于峰值过压（peak overpressure），即冲击波的压强与环境压强之差。当峰值过压超过4磅/平方英寸^〔2〕时，产生的风比常见飓风风力高两倍，此时才能造成严重破坏。虽然一个直径50米的物体在低空爆炸时的破坏范围远远小于伦敦陆地面积，但它产生的巨大过压的破坏力相当于一个大型核装置，足以摧毁伦敦外环路以内的一切事物，如果撞击物的体积增加，情况就会更严重。一个直径250米的小行星足以穿透大气层，形成直径为5公里的撞击坑，破坏范围可达1万平方公里左右——约等于英格兰肯特郡的面积。如果小行星的直径达到650米，破坏范围将增至10万平方公里，相当于美国的南卡罗来纳州的面积。

虽然听起来很吓人，但这种撞击并不足以造成全球性的破坏。要产生全球性影响，撞击物必须是一个直径不少于1.5公里且速度较快的彗星，或是速度较慢而直径达到2公里的小行星。二者中的任何一个撞击地球都将产生100亿吨TNT当量的爆炸，毁灭一个直径为500公里的区域——相当于英格兰的面积，瞬间造成几千万人死亡，当然这还取决于撞击点的位置。

等到爆炸产生的尘土开始遮蔽天空，阻挡到达地面的阳光时，世界其他地方面临的问题才开始真正显现。与巨大的希克苏鲁伯撞击相比，这一过程无疑会导致全球温度骤降，但至于后果有多严重，人们并没有达成一致意见。然而，这种规模的撞击可能导致极恶劣的气候和庄稼绝收，其严重性不亚于1815年印度尼西亚坦博拉火山爆发后出现的“无夏之年”。正如上一章所提到的，在这种情况下，拥有充足粮食储备的发达国家尚且只能支撑一个月左右，全球范围内的粮食绝收无疑会带来严重而深远的影响。随着发达国家的社会与经济结构全面崩溃，粮食定量供给有可能成为现实。在发展中国家，粮食收成往往只够人们自己糊口，这时大范围的歉收有可能迅速演变成《圣经》中描述的大饥荒。有些学者预言，两公里的物体撞击地球后，多达1/4的人口将死于恶劣的气候条件。更大的物体撞击地球后，植物的光合作用就会彻底停止。一旦出现这种情况，那就不是多少人会死亡的问题，而是人类是否能存在的问题了。有估计认为，一个直径4公里的物体撞击地球后会向空气中排入大量的灰尘和碎片，使光照水平无法满足光合作用的需要。

由于不知道远处有多少有威胁的物体，也不知道它们是否会突然撞向地球，我们几乎无从了解小行星或彗星何时会撞击地球，从而将我们带入世界末日。类似导致恐龙灭绝的希克苏鲁伯撞击事件几千万年才发生一次，因此，这种撞击在任何一年发生的可能性都很小。然而，看到下面的事实我们就乐观不起来了——如果西瓦假设成立，也就意味着下一批奥特云彗星可能正在奔向内太阳系。如果不成立，那么在金牛座复合体的密集部分回归，以及另一个小行星袭击地球以前，人类也就只有1,000年的时间了。即使撞击事件发生的时间没有内在联系，我们也无法从统计学的角度来解释为什么地球不会在明年遭到未发现的近地小行星或从未光临过内太阳系的长周期彗星的撞击。与通古斯卡规模类似的撞击带来的威胁很小，因为与地球表面相比，撞击物的破坏范围很小。如果其中一块撞击物撞向了城市，其他大部分落到海里，那就很糟糕了。大块物体撞向了海洋，这听起来似乎是好事，但实际上是个恶耗。例如，一块500米的岩石落入太平洋底部将引发巨大的海啸，导致半个地球上的所有沿海城市在约20个小时内被大规模地毁坏。实际上这一情况发生的概率相当高——在接下来的100年中大约有1％的可能——而且死亡人口至少将会有几千万。

根据最新估计，直径为1公里的物体撞击地球的频率是60万年一次，但是，这一规模的物体所产生的撞击坑至少也有约100万年的历史。当然，自那以后可能还有几次大撞击，它们或是撞进大海，或是撞在了陆地上而尚未被发现。你也许会说，威胁肯定是有的，但真的迫在眉睫吗？答案是肯定的。大约有12个小行星（大部分都很小）可能在2100年之前与地球相撞。实事求是地讲，这种可能性并不大，因为撞击的概率只有万分之一多一点，但我们要知道这样的概率已经不小了，如果这是彩票中头奖的概率，我的彩票代理商会从我这里得到不少生意。最令人担心的是2004年末发现的直径为320米的近地小行星MN4，最近被命名为毁灭者（Apophis）——古埃及神阿佩普（Apep）的希腊名字。人们一度认为毁灭者于2029年4月13日撞击地球的概率高达1/37，让人欣慰的是，这一概率现在降低为1/8000。听起来很高，但和2001年夏季英格兰足球队以5:1击败德国队的概率相比，这些概率也只是它的80倍。几年前，科学家提出了一个名为“都灵等级”^〔3〕（Torino Scale）的指标，以便衡量撞击产生的威胁，而毁灭者是迄今为止第一个都灵等级持续大于零的物体。目前它的等级为1——被定义为“需要小心监测的事件”。随着我们对其轨道的进一步约束，这颗近地小行星成为了许多人关注的焦点，而且我们了解得越多，就会发现它的都灵等级完全有可能超过1，成为“值得关注的事件”。然而，这一等级再次升高的可能性很小，我们也期望很多年以后才会首次出现等级为10的撞击事件——定义为“确定的、具有全球影响的撞击”。如果预警充分，我们或许能够使小行星不挡道，保证地球正常运行，但如果一颗新的彗星向我们飞来，由于它体积大、速度快、来势迅猛，我们几乎无法招架。

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