危险地活着

如果我们眼睁睁地看着一个天体在危险的近地轨道上运行几年，却没有能力改变人类命运的话，那么我们都会觉得自己是个大傻瓜。

某天，我趁着哈佛大学的春日假期去了趟科罗拉多看朋友，并在那里做了些工作，顺便滑了滑雪。洛基山是一个非常适合人们坐下来思考的地方，那里的夜晚和白天一样绚烂，似乎充满灵性。在晴朗而干燥的夜晚，天空被灿烂的星光照亮，不时会有一颗流星划过长空。这些流星就是很久以前在地球轨迹上解体的小天体。一天晚上，我和朋友站在我住的房子外面，惊奇地看着这美丽非凡的天空，天空中满是各种发光星体。在我看到了两颗流星之后，我和朋友又同时发现了一颗持续数秒的大流星。

虽然我是个物理学家，但我在看到这种壮观的景象时也常会停止思考，只享受眼前的美景。但这一次，我仔细思考了一下那个大流星是什么物体以及它的轨迹意味着什么。这颗流星——一个45亿年长的故事的高潮部分，只闪耀了几秒钟的时间，却也意味着这颗明亮的流星大约滑行了50公里～100公里后才气化并消失的。这颗流星距离我们的高度也差不多是这个距离，所以我们看到它在天空中的轨迹是一个大的圆弧。流星不只具有美丽的外表，而且我们还可以理解它的一些本质。当我说这颗像尘埃或者石子大小的物体迅速划过苍穹的样子看起来非常美妙时，我那个不是物理学家的朋友感到非常惊讶，他说他本来以为这个物体的直径都快2 000米那么长了。

我们的对话很快从安静地享受美丽的夜空转到了思考一个直径约2 000米长的大物体猛冲向地球时所能造成的损害。这么一个危险的大家伙撞向地球的概率是很小的，而它撞向有人的区域并造成很大伤害的概率就更小了。虽然如此，从月球表面来推测（地球上存留下来的陨石坑太少了，我们无法据此精确估算），在地球的生命过程中，有几百万个直径大小从1 000米～1 000公里的物体曾经撞击过地球。但是大部分撞击都发生在几十亿年前一个叫作后期重轰炸（Late Heavy Bombardment）的时期。虽然被称作“后期重轰炸期”，但是这个时期其实是在太阳系刚刚形成后不久还没有演化成稳定状态的时期。

大流星撞击地球的频率自从重轰炸时期过后就已经很低了，而这是生命存活的必要条件。即便2013年2月被行车记录仪拍下来，并在Youtube上疯狂传播的在西伯利亚发生的撞击——点亮了半边天的车里雅宾斯克（Chelyabinsk）流星，直径也不过只有20米左右。最近唯一一个可以和我朋友想象的那种大撞击相似的事件发生在1994年，当时约2 000米大小的苏梅克-列维彗星碎块撞向木星。最初的彗星要更大一些，在它碎成小块之前有几公里大。这次撞击之后，我们可以观测到木星表面上有个大约和地球同尺寸的黑云，这就是约2 000米大的碎块所能造成的损害。20米是很大，但是直径将近2 000米又完全是另外一回事。

流星带来的并不全是毁灭。很多散落在地球上的流星和微流星也带来了不少好东西。陨石——流星在地球上残留的碎块，可能是形成生命所必须的氨基酸以及生命存活必须的水的来源。毫无疑问，我们在矿场里挖出来的大部分金属也都来自地外撞击。我们甚至也可以这么认为：如果不是流星撞击（我将在第12章详细讲述）毁灭了地球上的恐龙的话，哺乳动物不会迅速统治地球，人类也不会出现——当然，也有人认为这并不一定是个好事。

6 600万年前的物种大灭绝只是将地球生命与太阳系其他部分联系起来的其中一个故事。这本书是关于抽象物质的，比如我所研究的暗物质，但是它也涉及地球与其周围宇宙环境的关系。下面我将开始讲述我们知道的一些撞击过地球的流星、彗星，以及它们在地球上留下的疤痕。我也会谈及在未来有可能撞到地球的物体，以及我们如何阻止这些破坏性的不速之客。

像来自太空的物体撞击地球这种奇怪现象听起来有些不可思议，确实，科学界最初是几乎不承认这类说法的。虽然古人相信外太空的物体会到达地球表面——即便是现代，一些村庄里的人也这么认为，但直到19世纪，受到良好教育的人也会对此表示怀疑。有些没上过学的牧羊人看到过有东西从天空坠落，但这些见证者没有可信度，因为很多和他们背景相似的人也曾经报告过一些想象出来的场景。即便科学家最后承认会有东西掉落到地球上，但他们最初不相信这些石头是从太空来的。他们倾向于地球来源说，比如在火山爆发中喷出的东西再重新掉落到地球上。

1794年6月在锡耶纳学院发生的一次偶然的陨石飞落事件，才让外太空的陨石理论开始慢慢成立。当时很多受过教育的意大利人和英国游客都在现场见证了这起事件。这个戏剧性的场景始于一朵喷着烟雾和火花的高高的黑云，这黑云慢慢地移动着，伴随着红色的闪电，随后就下起了石头雨。当时在锡耶纳的阿比·索尔丹尼（Abbe A.Soldani）觉得这些掉落的物质非常有意思，于是他收集了目击者们的描述，并且寄了一份掉落物质的样本给一位在那不勒斯的化学家古列尔摩·汤姆森（Guglielmo Thomson，真名为威廉·汤姆森，曾因为和他的小男仆发生了不轨行为而羞愧地逃离牛津大学）。

汤姆森经过仔细研究发现，这块物体是来自地球之外的。这比当时盛传的来自月亮或是雷电击中的尘埃的解释要合理得多，也比另一种认为其来自当时正处于活动期的维苏威火山（Vesuvius）的说法也更合理一些。维苏威火山在事发之前18小时碰巧刚好有一次喷发，所以将它当作天降石头的来源也情有可原。然而，维苏威火山距事发地320多公里，并且方向也不对，所以这种解释行不通。

化学家爱德华·霍华德（Edward Howard）在法国贵族科学家寇穆特（Jacques-Louis, Comte de Bournon，他在法国大革命时期被驱逐到了伦敦）的帮助下，最终推断出这些石头来自流星。霍华德和寇穆特分析了一块落在印度贝那勒斯（Benares）附近的陨石。他们发现，镍元素在这块陨石中的含量比在地球表面以及高压下形成的石头状物质中要高很多。汤姆森、霍华德以及寇穆特所做的化学分析正是德国科学家恩斯特·克拉德尼（Ernst F.F.Chladni）曾经建议的，他曾经想用这种分析，来证实他的猜想：这些物体撞击地球的速度太快了，因而和其他解释都不相符。其实锡耶纳的陨石雨只发生在克拉德尼的书《论铁的起源》（On the Origin of Ironmasses）发表两个月之后，而这本书最初所受到的评论都是负面的，直到柏林的报纸最终在两年后开始报道锡耶纳陨石雨的时候才有所改观。

在英格兰更广为传播的是英格兰皇家学会会员爱德华·金（Edward King）在事发当年所写的一本小书。金的书总结了锡耶纳事件以及克拉德尼书里的内容。1795年12月13日，当一个重达25千克的石头落在约克郡的伍尔德村（Wold Cottage）时，陨石理论在英格兰被确立了下来。随着刚从炼金术中分离出来不久的化学方法越来越为人们所称道，再加上这么多一手的证据，陨石最终在19世纪被人们承认。自那之后，更多被承认的地外天体落到了地球上。

流星和陨石绝对是博人眼球的新闻标题。虽然人们会很热衷于追捧这些壮观的事件，但是我们不应该忘记：我们现在所生活的太阳系是处于平衡态的，也就是说基本不会有非常剧烈的分裂瓦解事件发生。几乎所有的流星都非常小，因而它们在地球大气层顶端就会将其固态物质蒸发殆尽。大一些的天体则很少到达地球。但小天体确实会来拜访我们，而且它们无时无刻不在造访。大多数时候进入大气层的是一些微流星体，这些小颗粒太小了甚至都烧不起来。虽然和微流星体比起来少了很多，毫米级的天体闯入地球的频率也很高——大约每30秒一个，而它们会被烧掉并且不会造成什么大影响。两三厘米大小的天体会在大气层中然烧掉一部分，因此它们残留的碎块可能会落到地面，但是这些碎块太小了，也不会造成很大影响。

但每过几千年，就会出现一个由大天体在大气层底端引起的爆炸现象。历史上有记录的最大规模的这种爆炸1908年发生在俄国通古斯（Tunguska）。即便在没有表面接触的情况下，大气层中的大爆炸也可以在地球上造成可观的影响。造成这次大爆炸的那颗小行星或者彗星——我们无法确切知道是哪个，在西伯利亚森林中的通古斯河附近的天空中爆炸。这颗将近50米大小的火流星，一个来自太空并在大气层中瓦解的天体相当于10兆吨～15兆吨TNT炸药，是广岛原子弹爆炸能量的1 000多倍，不过比现今爆炸的最大的核弹能量要小一些。这次爆炸摧毁了2 000平方公里的森林，产生的冲击波相当于里氏5.0级地震。值得注意的是，在原爆点上的树都得以保持直立，而它们周围的树却都被压倒了。这些仍然保持直立的树木所占区域的大小，以及人们并没有发现陨石坑，表明这颗天体很可能是在距离地面6公里～10公里的空中爆炸分解的。

我们对于风险的估算一直在变，部分是因为对通古斯天体的大小估算一直在变——估算的大小从30米～70米不等。在这个大小区间内的天体撞上地球的频率大概是几百年一次到两千年一次。即便如此，大部分击中或者接近地球的流星们都比较接近无人区，因为人口密集的区域和地球的总面积相比，毕竟是少数。

通古斯流星也不例外。它在西伯利亚一个未开发地区的上空爆炸，离此最近的一个贸易点在70公里之外，而离最近的村庄尼志讷-卡勒林斯科（Nizhne-Karelinsk）就更远了。即便如此，冲击波还是足够将这个并不近的村庄里的窗户击碎，将行人冲倒。村民们都被迫转身以避开这天空中足以致盲的强闪。科学家们在爆炸发生20年后回到这里，发现一些当地牧民受到了噪声和冲击波的伤害，其中有两人还在这次事件中丧生。而它对动物界的影响是毁灭性的，爆炸导致的大火烧死了大约1 000头驯鹿。

通古斯事件甚至影响到了更大的区域。在距离事发地点方圆相当于整个法国面积的区域内，都可以听到爆炸的声音，而且全球气压也因此受到了影响。爆炸产生的波动环绕了地球三次。在通古斯大爆炸之后还发生过一次更大的、也是我们研究得更好的希克苏鲁伯大撞击（Chicxulub impact，也就是毁灭恐龙的那次撞击事件），这类事件产生了很多破坏性后果：风、火、气候变化，以及大气层中一半的臭氧层消失。

由于这颗流星是在一个偏远无人区爆炸的，并且当时通信不发达，因此大部分人直到几十年后的一次调查揭示了它的全部影响范围之后，才注意到这个巨大的冲击波。通古斯非常遥远，而且当时正处于第一次世界大战和俄国革命期间，因此这次事件就更难被人知晓了。如果这次小行星撞击仅仅提前或者拖后一小时，那么它将可能碰到一个大的人口聚集区，那样的话，大气层里的爆炸或者海洋产生的海啸很可能造成几千人丧生。如果这些变成现实，那么这次撞击将不仅会改变地球表面的自然环境，还会改变20世纪的历史——之后的政治和科学发展将是完全不同的走势。

在通古斯大爆炸之后的100年里，还发生过几起虽然较小却仍有新闻价值的天外来客造访地球的事件。虽然记录并不完整，但是1930年在巴西亚马孙河上空爆炸的一颗火流星应该是其中较大的一个。它释放出的净能量比通古斯事件要小，估计大约为通古斯事件的1/100～1/2。即便如此，这颗流星的质量也在1 000吨以上，甚至可能重达25 000吨——大约是10万吨TNT当量。我们对流星撞地球的概率估计不是很确定，但10米～30米的物体撞击地球的概率大约是10年一次到几百个世纪一次。我们对撞击概率的估计强烈依赖于天体的精确大小。大小上变化两倍可能会导致撞击概率变化高达10倍。

两年之后，一颗和亚马孙河上空的那颗差不多大的火流星在西班牙上空15公里处爆炸，释放出的能量大约是20万吨TNT当量。在接下来的50多年里又发生相当于多次火流星爆炸，但它们都不如巴西的这颗大（我不在这里一一列举了）。一个值得注意的例子是1979年发生在南大西洋和印度洋之间的维拉事件。维拉事件是根据发现它的美国维拉号防御卫星命名的。虽然最初大家以为它很可能是流星，但现在都认为它是地球上的一次核爆炸。

当然，一些探测器也探测到过真的火流星。美国国防部的红外探测器和能源部的可见光探测器于1994年2月1日探测到了，在太平洋马歇尔群岛附近的一个5米～15米宽的流星信号。在距离事发地点几百公里处的密克罗尼西亚科斯雷岛（Kosrae）海岸附近的两个渔民也看到了这次爆炸。另一个更近期的10米级天体爆炸于2002年发生在希腊和利比亚之间的地中海上空，释放出的能量大约是2.5万吨TNT当量。当然更近期的一个事件于2009年10月8号发生在印度尼西亚的波讷（Bone）。这颗很可能是产生于一个直径10米的天体，释放出的能量高达5万吨TNT当量。

偏离轨道的彗星或者小行星都有可能变成流星。遥远彗星的轨迹很难预测，但是足够大的小行星在远未到达地球之前就可以被探测到。2008年撞在苏丹的一个小行星就是一个很好的例子。2008年10月6日，科学家们通过计算发现他们刚刚发现的这颗小行星第二天早晨就会撞上地球。而且它确实撞上来了。这次碰撞并不严重，而且附近也没有人居住。但是它确实显示出有些碰撞是可以预测的——即便我们能提前多久知道发生时间与探测灵敏度有关，而探测灵敏度又与撞击天体的大小和速度有关。

最近一次有新闻价值的事件是发生在2013年2月15日的车里雅宾斯克流星。这次事件不仅有很多现场照片，而且很多人都对它有很深的印象。这颗火流星在俄罗斯乌拉尔区域南部的上空爆炸，产生的能量大约是50万吨TNT当量。大部分能量被大气层吸收掉了，但是部分能量随着一个冲击波在几分钟后击中了地球表面。这次事件是由一个直径15米～20米大的小行星引发的，它大约有1.3万吨重，估计下降的速度是18公里/秒，这个速度是声速的60倍。人们不仅看到了这次爆炸，也感受到了它传来的热浪。

大约有1 500人因此受伤，但大部分都是因为次级效应造成的，比如被击碎的玻璃划伤。受伤的人基本都是跑去窗边看那耀眼闪光的人。闪光的传播速度是光速，因此人们首先通过光发现了这次奇异事件。不幸的是——这也是很好的恐怖片素材，天空中的光先将人们吸引到了危险的地方，然后冲击波撞击，从而造成了很大伤害。

在这个流星撞上地球的时候，新闻曾报道说有另一个小行星正在接近地球。而这颗车里雅宾斯克流星并没有被提前探测到。新闻报道中的那个30米的天体，在16小时后到达最接近地球的地方，但后来并没有进入地球大气层。很多人曾推测这两颗小行星可能拥有共同的起源，但是后来的研究表明并非如此。

就像2013年2月那个预测会撞地球的小行星一样，很多非常靠近地球却最终没有撞到地球的天体吸引了人们的大量注意力。另一些天体确实飞到了地球上，但是这些撞上来的天体中，绝大多数都是无害的。即便如此，之前的撞击已经影响了地球上的地貌和生态，而且以后很可能也还会造成影响。随着人们对小行星的理解日益增进，对其潜在危害（很可能有些夸大）的认知不断提高，搜寻有可能穿过地球轨道的小行星的任务会被人们重视起来。

最经常的撞击——虽然并不一定是最大的，来自近地天体（NEOs），这些非常靠近地球的物体，它们与太阳的最近距离不超过日地距离的30%。大约有一万个近地小行星（NEAs）以及少数彗星满足这个条件。一些跟踪范围内的大流星也算是近地天体——严格来讲，一些绕太阳转的宇宙飞船也算是其中一种。

近地小行星可以分成很多类（见图9-1）。进入地球势力范围，和地球靠得很近，但是和地球轨道没有相交的一类天体叫阿莫斯（Amors）——以1932年飞近地球达160万公里（0.11天文单位）的小行星名字命名。它们虽然现在并不会穿过地球的轨道，但是对地球也有潜在的威胁：木星或者火星对它们造成的扰动有可能增加其轨道的偏心率，因此最终它们还是有可能穿过地球轨道。阿波罗（Appollos）也是以一个小行星的名字命名的，这是一类在径向方向穿过地球轨道，但轨道面却在地球椭圆轨道（太阳在天球上的轨迹就标示着地球的轨道）之上或者之下的天体，它们一般也不会与地球轨道相交。然而它们的轨道会随着时间变化，于是也有可能偏离到危险区域以内。另一类天体被称作阿特恩（Atens），和阿波罗相似，它们和阿波罗的不同之处在于其轨道区域比地球的还小。阿特恩天体也是以一个这种小行星的名字命名的。最后一类近地小行星叫阿提拉斯（Atiras），这种小行星的轨道完全在地球轨道圈以内。它们很难被找到，因此已知的只有那么几个。

图9-1

4类近地小行星。阿莫斯型小行星的轨道处于地球和火星之间。阿波罗型小行星和阿特恩型小行星的轨道会穿过地球轨道，但是在一部分轨道时间内有可能向外延展。阿波罗型小行星的轨道的半长轴大于地球轨道的半长轴，而阿特恩型小行星的则比地球的要小。阿提拉斯型小行星的轨道完全在地球轨道圈以内。

近地小行星在地质时间尺度和宇宙学时间尺度上并不一直存在。它们只能存在几百万年，在那之后就会被扔到太阳系之外，或者与太阳或太阳系内的一颗行星相撞。也就是说，我们需要源源不断的新的小行星来填满地球附近的轨道。而这些小行星的来源很可能是受到木星扰动的小行星带。

大部分近地小行星都是石质小行星，不过也有很多碳质小行星。只有阿莫斯型小行星会超过10公里宽，而它们在现阶段并不会穿过地球轨道。但是有很多阿波罗型小行星的大小超过了5公里，这足以造成很大破坏——如果它的轨道不幸与地球相交的话。最大一个近地小行星有32公里宽，名字叫作嘎尼米德（Ganymed），这是特洛伊王子的德语拼法，在英语中为“Ganymede”。嘎尼米第是木星的一个卫星，是完全不同的天体，但它是同类（也就是太阳系里的卫星）里最大的一个。

近地小行星还包含有另外一个研究领域，是在最近50年内成熟起来的。早些时候，基本没有人认真考虑过外来天体撞地球的问题。而现在，世界各地都有人在尽力收集近地小行星的信息并跟踪其轨迹。即便在前段时间，我在访问加纳利群岛参观特那利菲（Tenerife）望远镜的时候，发现他们的研究所所长带领着12个学生也在利用望远镜数据寻找近地小行星。这个又小又老的望远镜并不是当前最先进的，但是这帮兴趣盎然的学生以及他们对搜寻方法的热爱，都给我留下了很深的印象。

如今更先进的望远镜利用电荷耦合器件（charge-coupled devices, CCD）来搜寻小行星。CCD是一种利用半导体将光子转化成电子的装置，它可以将光子碰到的地方用电信号标识出来。自动读出系统也提高了小行星的发现速率。哈佛大学史密森天体物理中心的国际天文学联合会小天体中心的网站http：//www.minorplanetcenter.net/会及时报道被发现的小行星、彗星以及近地天体的最新数目。

由于众所周知的原因，离地球轨道最近的轨道受到了最多的注意。美国和欧盟为了更好地搜寻这种小行星，合作建立了一个叫太空卫士（Spaceguard）的公司——为了纪念亚瑟·克拉克（Arthur C.Clarke）的科幻小说《与拉玛相会》（Rendezvous with Rama）。太空卫士的第一个任务由1992年的美国国会报告决定，即在10年内搜寻并分类归档大小在1000米以上的离地球最近的天体。1000米已经很大了，比能造成危害的最小天体还要大。之所以选择这个尺度是因为1000米大的天体更容易被找到，而且这种大小足以造成全球性的破坏。幸运的是，在我们所知的1000米大小的天体中，大部分都处在火星和木星之间的小行星带上。在它们改变轨道变成近地天体之前，是不可能对地球造成威胁的。

在仔细综合了观测数据、投影轨道以及计算机模拟之后，天文学家到2009年时几乎按时地完成了太空卫士所设定的目标——搜寻到了大部分1 000米大小级别的近地天体。最新的结果显示，大约有940个近地小行星的尺度是1 000米甚至更大。一个由美国国家科学院召集的委员会认为，即便考虑各种误差，这个数字也是相当准确的，总数应该在1100以内。这些搜寻工作还认证了10万个小行星以及大约1万个小于1 000米的近地小行星。

大部分作为太空卫士搜寻目标的大型近地小行星来自小行星带的内边缘和中心地带。美国国家科学院的委员会认为，其中大约20%的近地小行星离地球的距离少于0.05个天文单位。他们将这些危险天体称作“有潜在危险的近地天体”。他们同时认为，所有这些天体都不会在一个世纪内对地球造成威胁，这当然是个好消息。这个结果其实也不太令人吃惊，因为1 000米大小的天体撞击地球的概率本来预期就不会超过几十万年一次。

实际上，只有一个已知的近地天体可能会在不久的将来击中地球并造成破坏。但是它撞上来的概率只有0.3%，而且这在2880年之前也不可能发生。即使考虑了所有的误差之后，我们基本上还是非常安全的，至少现在看来是这样。有些天文学家提出对另一个小行星的担忧。这颗小行星被冠以一个魔鬼的名字——阿波菲斯（Apophis）^[22]，有300米宽。天文学家预测，它在2029年最接近地球的时候不会与地球相撞，但是有可能会在2036年或者2037年返回并撞上地球。这是一种被称作“重力锁眼”（gravitational keyhole）的机制，在这种机制作用下，这颗小行星可能会被引导至地球。然而，进一步的计算表明，这只是一场虚惊。阿波菲斯和别的已知天体在可预见的未来都不会撞到我们。

在大松一口气之前，我们需要记住，还有很多较小的天体也会造访地球。虽然它们比太空卫士所关注的公里级别的天体要小，也不会造成那么大的破坏，但它们造访的频率却更高。所以美国国会在2005年延长了太空卫士项目的期限，并鼓励它去跟踪、归档以及描述至少90%的大小在140米以上的、具有潜在危险的近地天体。科学家们几乎肯定不会发现什么对地球带来灾难性影响的目标，但是做这么一个星表仍然还是很值得的。

很明显，小行星有时候会飞得离地球很近。小行星与地球的相撞毫无疑问会发生，但是相撞的频率和强度一直是个有争论的话题。是否会有东西在我们关心的时间尺度上撞到地球并造成破坏？人们并没有完全确定的答案。

我们应该担心吗？这与时间尺度、花费、我们的焦虑阈值、社会认知，以及我们自以为的控制能力都有关系。本书主要关心在百万年甚至十亿年的时间尺度上发生的事情。我在后文会描述我研究过的一个模型，它可用来解释具有300万～350万年周期性的大的（大约几公里大小）流星撞击。这些时间尺度不在人类的担心范围之内，人们有更加紧迫的其他事情需要担忧。

虽然接下来的话题有些偏离了本书的主题，但是在讨论了很多流星撞击地球的内容之后，不介绍一下科学家们关于它们对世界潜在影响的结论也是说不过去的。这个话题在新闻和谈话中出现过很多次，所以我们在这讨论一下最新的估计也无妨。这与政府部门也是相关的，特别是当他们考虑小行星的探测和使小行星轨道偏转时很重要。

根据美国国会2008年颁布的《强化财政预算法案》（Conso-lidated Appropriation Act），美国国家航空航天局请美国国家科学院的国家研究理事会（NRC）来研究近地天体。研究目的并不是要回答抽象的撞击问题，而是为了评估偏离轨道的小行星造成的威胁，以及是否可以实施某些措施来减轻这种威胁。

参与这项研究的科学家们将注意力放在了较小的近地天体上，这些近地天体撞击地球的概率更高，而且是有可能被转向的。在短周期轨道上的彗星与小行星的轨道相似，因此它们也可以用相似的方法被探测到。而长周期的彗星基本上不可能提前看到，它们也不太可能在地球的轨道平面上——它们来自各个方向，因此探测这种彗星更加困难。无论如何，虽然一些最近观测到的事件可能来源于彗星，但是彗星是很少到达地球附近的。我们也基本上不可能提前足够长的时间发现长周期彗星并作出有效反应，即便以后我们的技术发展到可以使小行星轨道偏折的地步，也无法做到。现在人们基本上也没有办法来做一个完整的危险的长周期彗星列表，所以现今的巡天项目只关心小行星和短周期彗星。

长周期彗星，至少是那些来自太阳系外缘的彗星，是我们之后所关心的目标。来自太阳系外缘的天体相比于内太阳系的天体所受的引力束缚要弱得多，因此，引力或者其他什么造成的扰动会更容易将它们移出原来的轨道，并送到内太阳系或者踢出太阳系。虽然这并不是美国国家科学院减灾研究的课题，但它们仍然可以作为科学研究的目标。

2010年，美国国家科学院在一篇题为《保卫地球：近地天体巡天以及危险应对策略》（Defending Planet Earth：Near-Earth Object Surveys and Hazard Mitigation Strategies）的文件中发布了他们关于小行星及其所造成的威胁的研究结果。我将展示一些此文件中非常有意思的结论，以及其中的一些总结性图表，最后我会简单解释这些结论和图表的意义。

当你看到这些数字的时候，请记得乘上人口众多的城市区域的低密集度百分比——全球城市绘制计划（GUMP）对此给出的估计值大约是3%。虽然人们不愿看到任何破坏，但对城市区域的破坏是最恐怖的。城市所占区域的低密集度百分比告诉我们，小天体撞击人口密集区并造成严重破坏的概率是它们造访地球概率的1/30。例如，如果一个5～10米的物体撞击地球的概率是100年一次的话，那么它撞到城市的概率大约是3 000年一次。

同时需要注意，基本上在所有的估算方面都存在误差，科学家们在最好的情况下也只能将误差降到10倍以内。很多新闻中提到的遥远天体的威胁从未实现过的原因之一就是，即便对某些特定种类特定大小的天体来讲，轨道测量上的一个微小误差都将大大改变对它撞击地球概率的计算结果。即便是对已知巨大天体所能造成的影响和破坏，我们也不是完全清楚。虽然这些数字有如此大的误差，美国国家科学院的研究结果还是很可信、很有用的。接下来，让我们暂且容忍一下那些不确定性，先来看看2010年这些神奇的统计结果吧。

我最喜欢的一张表是表9-1。根据这些结果，每年由于小行星造成的死亡人数为平均91人。虽然小行星造成的死亡人数远比大部分灾难造成的死亡人数要少——其死亡率大约和轮椅相关的致命事故率相当（表中没有列出），表中的数字91仍高得不可思议。在各方面误差都相当大的情况下，这个数字也精确得有些可笑。显然，小行星造成的91条人命并非每年都有。实际上，我们在历史记录中只能找到很少几起此类死亡事件。表9-1中给出的高数字很有迷惑性，因为它包含了预测中的大量撞击事件，而这种事件很少发生。图9-2可能对我们的理解更有帮助。

表9-1　世界范围内多种原因下年平均死亡人数预测

注：这是美国国家科学院给出的关于全球各种致命事件每年造成的平均死亡人数的统计。统计结果是基于数据、模型以及推测得出的。

从图9-2中可以看出，表9-1中提到的死亡人数大部分都来自较大天体的撞击，即图9-2中1～10公里之间的那个高峰，而这种大天体撞击据预测是极少发生的，堪称小行星撞击事件中的“凤毛麟角”。如果我们只关注小于10米的小行星，那么每年的死亡人数就都在个位数以下，而这仍然是个不小的数字。那么，不同大小的天体撞击地球的概率分布到底是多少呢？让我们来看图9-3（这张图信息有些多，我会慢慢解释）。图9-3很好地总结了我们现有的知识。

图9-2

美国国家科学院给出的由于小行星造成的年平均致死亡人数。数据是根据太空卫士一个完整度为85%的巡天项目得出的。该图利用了2009年的近地天体大小分布数据，并包含了新的海啸和空中爆炸所造成的威胁。2003年的估算结果也显示在图中，以便比较。

图9-3

撞击的数目（左侧纵坐标）和大致的撞击间隔时间（右侧纵坐标）与近地天体的直径的关系。上面的坐标给出了假设天体在撞击时的速度是每秒20公里的情况下，所能释放出的能量（以TNT当量为单位）。下面的横坐标上同时标出了天体的星等：虚线是2003年的估算，圆圈是新的估算结果，实线表示2009年以前发现的小行星数目。

图9-3虽然不太容易读懂但确实包含了很多信息。图中标度都是对数尺度，意味着天体大小的变化对应的时间尺度变化可能比你想象的要大得多。比如，10米大的天体可能每10年造访地球一次，而25米大的天体可能每200年才会撞击地球一次。这也就意味着，测量值的微小变化可能会对预测值造成很大的改变。

图9-3中上边框的标度显示一个给定大小的天体在每秒20公里的速度下所能释放的能量，单位是兆吨。比如，一个25米大的天体能释放出的能量是1兆吨。图9-3还能告诉我们不同大小的天体的数目会有多少，以及它们有多亮——这关系到探测以及追踪它们的难易程度。虽然较小的小行星数量非常多，但是它们非常小也非常暗，使得此类小行星更难被探测到。

举例来说，一个500米大小的天体撞击地球的频率估计为10万年一次，1 000米大的天体大约为50万年一次，而一个5 000米大小的天体要2 000万年一次。图9-3也同时告诉我们，一个可以灭绝恐龙的大约10公里大的天体撞击大约1 000万年～1亿年才会发生一次。

如果你只对撞击的频率感兴趣，那么图9-4将给你更清晰的答案。注意，图9-4中的纵坐标上面年数最小、下面年数最大，因此大撞击发生的频率远小于小撞击。注意，纵坐标是以指数形式增长的，例如，100是1，101是10，102是100。

最后，为了解释不同大小的天体所能造成的危害，我需要再展示最后一张来自美国国家科学院研究报告中的表格（见表9-2）。表9-2告诉我们，一个直径几公里的物体会影响整个地球。大流星撞击比自然灾害要少见得多，因此它们并不会造成迫在眉睫的威胁。但是一旦发生，它们所释放出的能量和严重程度将是毁灭性的。表9-2也显示了，比如，一个300米的物理撞击地球的频率可能是几十万年一次。这种撞击会使大气中硫的成分提高到喀拉喀托火山（Krakatau）周围物质成分的程度，这样会破坏地球上很多地方的生命或者农作物。当然，这种灾难具体所能造成的破坏依赖于天体的大小和所撞击的地点。

图9-4

不同大小（直径3米～9　000米）的近地天体撞击地球的平均时间间隔。

表9-2　不同大小近地天体的平均撞击间隔和撞击能量的估算值

注：需要注意的是，这些值取决于撞击天体的速度以及物理化学特性。

那么，我们对此该做何种结论呢？首先，所有这些天体都在同一个空间中沿一定的轨道运行，这是一件非常令人着迷的事情。我们认为地球是特别的，当然我们会想要保护它。但是在更大的图景上来看，地球只是内太阳系的一颗普通行星，围绕着一个普通的恒星旋转。其次，虽然我们知道周围的邻居们离我们非常近，但是这些小行星并不是人类最大的威胁。小行星撞击可能发生甚至可能造成一些破坏，但是它对人类实际上并没有眼前的威胁。

即便如此，我们也会问，如果危险的事情真的发生了，我们应该怎么办呢？如果我们眼睁睁地看着一个天体在危险的近地轨道上运行几年，却无能力改变人类的命运的话，那么我们都会觉得自己是大傻瓜。没有近在眼前的威胁并不意味着，我们可以对可能发生的流星造成的破坏漠不关心甚至放任自流。

当然有一些人已经想到了这个问题，并且提出了很多应对来自太空危险天体的提议——虽然现在还没有实际的设备。两个应对的基本措施就是摧毁它或者使其偏移轨道。仅仅摧毁并不一定是个很好的办法。如果你把一个正要撞向地球的天体炸成很多飞向同一方向的小石块，反而会增大撞击的概率。虽然每个小块的破坏力比较小，但如果有办法能把撞击数目也减少的话就更好了。

因此，将小行星偏移轨道的方法似乎更加合理。最有效的偏移方法是使飞来的天体增速或者减速，而不是侧推。地球其实是很小的，而且围绕太阳转动的速度很快，大约每秒30公里。根据飞来天体的方向，将它的轨道改变一下，只须让它提前或者拖后7分钟——这是地球在公转轨道上移动一个地球半径的时间，这样做就可以避免一次撞击而将其变成一次激动人心却无害的擦肩而过。这并不是一个很大的轨道改变。如果我们能提前足够的时间（哪怕只是几年）探测到这种危险天体，即使是速度上的一个很小改变，就足够达到目的了。

无论是摧毁或者偏移的方法都无法将我们从一个直径大于几公里的、可以造成全球性破坏的天体手里拯救出来。幸运的是，这种撞击在接下来的100万年里估计不会发生。如果碰上小一点的天体，原则上我们是可以自救的，最有效的偏移方法是核爆炸，它能阻止一个最大直径为1 000米的天体的撞击。然而，法律是不允许在太空进行核爆的，所以现在这种技术还没有被开发出来。另一种可能的方法（虽然并没有核爆那么有力）是用一个物体与飞来的小天体撞击，这样此物体的动能（也即运动的能量）就会转给小行星。如果提前量足够，特别是如果多次撞击小行星，将会使直径几百公里^[23]大的天体转向。其他可以使小行星发生偏移的方法可以是太阳能板、将卫星作为引力拖船、火箭发动机等任何可能产生足够推力的物体。这种技术最终可能会对100米大小的天体有效，但是需要有几十年的提前量。所有这些方法（以及小行星本身）都需要更多的研究，因此现在就下定论哪种方法更有效还为时尚早。

这些提议虽然有趣也值得仔细考虑，但是现在只是关于未来的一些可能性。并没有现存的技术能实现它们。然而，有一个叫小行星撞击及偏移评估（Asteroid Impact and Deflection Assessment）的计划——其主要目标是测试动力学撞击小行星的可能性，已经做了很多相关工作了。还有另一个相关项目，叫小行星重定向任务（Asteroid Redirect Mission），它的目标是将一个小行星或者一块物体改道成绕月亮旋转，并计划派一个宇航员去造访这颗小行星。然而所有这些计划都没有实际展开建造工作。

有些人会反对在地面上建造反小行星的设备，因为这可能会在更大的意义上造成伤害。比如，有人担心这种技术会被应用到军事上而不是用来保卫地球，不过我觉得这种事情不太可能发生，因为要制成相关设备需要很长的研制时间。还有人提出：如果发现一个会与地球交会的小行星，但是如果我们没有足够长的时间或者足够先进的技术去阻止它，那么小行星的发现可能会引发心理学和社会学上的问题。这种想法让我相当吃惊，因为它看起来就像拖延战术，而这种拖延却阻止了很多有益措施的发展。

暂且不管这些无谓的担心，我们总是可以问，是否需要做提前准备？如果需要的话，什么时候开始？这其实是一个成本和可利用资源的问题。国际航天学会（IAA）召开了很多会议，就是为了解决这些问题并讨论最佳的战略方法。

一个曾参加过2013年在美国亚利桑那州弗拉格斯塔夫（Flagstaff）召开的行星防御会议（PDC）的同事告诉我，会议给参会者布置了一项小作业，让每个人想象一个假想的要撞向地球的小行星，然后给出自己能想到的最好的处理方案。具体的问题包括：

●如何处理小行星的尺寸和轨道参数的不确定性，并不断地修正它们？

●应该什么时候作出应对措施？

●什么时候应该给总统打电话（当然因为这是在美国开的会）?

●什么时候应该疏散区域内人员？

●什么时候应该发射核导弹去阻止相撞？

这些问题——虽然在某种程度上在我看来非常有娱乐性，清楚地显示出：即便是熟悉相关知识且对此感兴趣的天文学家也会在如何看待及应对天外来客的问题上存在很大分歧。

希望我已经说服了你，虽然存在小行星撞击地球的潜在危险，但是这种危险并非迫在眉睫。虽然存在某个小行星撞到地球并将一个大型人口密集区夷为平地的可能性，但是这种可能性在可预见的未来是极为微小的。我身体中的“科学家部分”在尽力做着搜集和理解各种天体轨道的事情。而我身体中的“极客部分”则认为，一个可以将危险的近地天体送出地球轨道的宇宙飞船非常酷。但是，说真的，没人确切知道该如何实施。

对于社会的终极问题是：在穷尽了这么多科学和技术上的努力之后，我们该重视什么?我们学到了什么?除此之外还有什么其他益处？当你要作出某种选择的时候，你可以用一些基本事实作为考量的基础。现有数据是有帮助的，但是它们并不完备。而在制定政策方针的时候，我们需要综合考虑专家们的猜想、实际情况以及伦理道德。我认为，即便在没有任何威胁的情况下，这方面的科学问题也是很有趣的，值得投入相应资金来寻找更多的小行星并且做更多的研究。但是，只有时间才能告诉我们，这个社会以及私人企业的最终决策会是什么。