从奥尔特云中逃逸的彗星

从奥尔特云中逃逸的彗星

你也许曾经在纽约的电波城音乐厅（Radio City Music Hall）观看过洛克茨（Rockettes）舞蹈团表演的集体舞，或者在一些电视节目中看过一些舞蹈团的类似表演。在这种舞蹈里，很多衣着华丽的舞者会围成一个圆环并同步作出一些优美的动作。这些舞者有时会组成从中心往外延伸的辐条式图形，有时会组成大圈套小圈式的多重同心圆。这些圆环上舞者的动作流畅、互不碰撞，这让观众很容易忘记，维持这种运动需要精确地维持舞者之间的相对位置，而这是极其困难的。特别是对那些处于外围的舞者，她们需要动得更快并且需要从最初的位置跑得更远。你可能偶尔会看到一个处在最外圈的、动作难度更大的舞者跳砸了，并因此无法与其他人的动作同步，不过只要她没有摔倒，并不会造成太大问题。这种错误虽然会破坏所有舞者动作的同步性，进而破坏整个表演的完美性，但并不会造成灾难性的失败。

奥尔特云距离太阳的距离是地球和太阳距离的几万倍。奥尔特云中那些多冰天体面临着和外圈舞者类似的挑战。这些天体距离太阳如此之远，以至于太阳的引力只能使其处于不太稳定的平衡状态。一个足够强的扰动就可以将一个奥尔特云中的天体慢慢地移出它应该在的位置，就像那些步伐不够精确的外圈舞者一样。如果一个奥尔特云中的天体靠太阳系内圈足够近的话，那么一个大力的推或者拉，将会完全改变它的轨道。当这种情况发生时，这个天体与原轨道的偏离将远甚于那些跳砸了的舞者，它将面临冲向太阳系内圈的危险，甚至有可能冲向地球。

近地小行星以及一些偏离正常轨道的短周期彗星，也会受到行星或者附近天体的推挤，偶然也会撞上地球。但是这些作用力基本都是随机的，只有来自奥尔特云的彗星才被认为会受到周期性的扰动。奥尔特云既是进入太阳系的长周期彗星的唯一来源，也是大部分能靠近太阳的彗星的来源，而且也被认为是等距轰炸地球的彗星的唯一发源地。前文提到的生物灭绝的周期性以及陨石坑的记录，让我们有了强烈的兴趣去研究，到底是什么触发了这些能将奥尔特云中的冰冷天体送进内太阳系的扰动。

在这一章，我将首先简单地阐述彗星或者小行星是否会造成重大的冲击。随后我会总结一些最初的关于如何从奥尔特云中移出天体，并形成可以冲击地球的彗星的想法。虽然这些老的想法不能解释那些定时的冲击，但不可否认，它们鼓励了人们思考星系相互作用的新方向。这些旧想法也为我们之后提出的基于暗物质的更可靠新想法，铺平了道路。

如果造成希克苏鲁伯陨石坑的是一颗小行星的话，那么暗物质是与它没什么关系的；但如果造成这些破坏的是一颗彗星的话，那么暗物质很有可能是这一事件背后的“主谋”。地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯在他的《霸王龙和陨星坑》一书中默认用了“彗星”一词，来描述造成白垩纪-第三纪大灭绝的撞击者。虽然他认为没有人能够明确搞清楚到底是彗星还是小行星造成了这些撞击。区分这些陨石坑到底是彗星还是小行星造成的非常困难，尤其是对那些在几百万年前撞击而成的陨石坑。如果没有观测到撞击天体的轨迹的话，我们基本上没有办法确定撞上来的是彗星还是小行星。因此，我们也无法“起诉”这个造成恐龙灭绝的凶手彗星。

但我们确实知道彗星及其碎片并不怎么会撞到地球上。据估算，彗星撞地球的概率大约是小行星撞地球的2%～25%。这个相对概率比较小，因为在地球附近的彗星数目本来就比较少。在一万多个所知的近地天体中，大约只有100个是彗星，剩下的都是小行星或是更小的流星。

较大的撞击并不一定完全来自接近地球的天体。遥远的彗星也会时不时地偏离轨道，偶尔撞上地球。杰出天文学家吉恩·苏梅克（Gene Shoemaker）通过一项有趣的研究声称，虽然较小的撞击基本都是小行星造成的，但是较大的撞击很可能是由彗星造成的。苏梅克画了一张撞击数-撞击大小的关系图。他发现，这张图似乎表明存在着两种不同的撞击。那些比较小的撞击都落在一条简单的曲线上，而有很多较大撞击却不能被这个简单的曲线所描述。既然已知是小行星造成了这些较小的撞击，苏梅克认为应该有另外一种东西造成了那些更大的撞击——也就是说，他所画的那张图应该是由两种不同的撞击源的曲线组合而成的。他猜想，那种造成更大撞击的天体就是彗星。

彗星有一个更好的特性，那就是，它们携带着相比小行星多得多的能量，因为它们运动的速度比小行星快得多——每秒可达到70公里，甚至更快，而小行星的速度每秒只有10～30公里。一般来讲，弹道导弹的速度基本在11公里/秒以内，小行星的速度大约是20公里/秒，短周期彗星的速度大约为35公里/秒，长周期彗星的速度大约为55公里/秒，当然也会有更快的速度（见图15-1）。动能不仅与质量成正比，而且与速度的平方成正比。彗星具有较高的速度，这意味着，虽然它们撞击地球的概率比较低，而且具有较小的质量，但是它们却能比速度较慢的小行星造成更大的破坏。

图15-1

小行星、短周期彗星以及长周期彗星撞击地球的平均速度。图中的曲线也描绘出理论上对这三种天体流量的预期值。

苏梅克又进一步做了化学分析，以佐证他的彗星撞击说。当然为了公平起见，我们应该提一下，做这种化学分析的科学家们既有赞同也有反对这种假说的。一个支持小行星撞击说的证据是，同位素含量的比例以及存留下来的流星碎片和那些球粒状陨石小行星相吻合。这些球粒状陨石小行星含有45.6亿年前在太阳系形成的时候，由星云暴风中融化而成的毫米大小的球体。但这些证据并不是决定性的。我们并不知道彗星中的同位素比例，而且彗星的同位素比例其实也差不多。另外，最近的一些研究声称，铱元素和锇元素的含量比以前所认为的要低，这样，反而使证据更倾向于彗星撞击说。

1990年，天体物理学家凯文·扎恩勒（Kevin Zahnle）和大卫·格林斯普恩（David Grinspoon）用不同的方式，论证了希克苏鲁伯陨石坑是由彗星撞击而成的。他们提出，彗星的尘埃在白垩纪-第三纪大灭绝之前和之后分别进入了地球，并以此来解释包围着白垩纪-第三纪岩层周围的沉积物中的氨基酸。既然尘埃颗粒可以悬浮在大气中并慢慢沉降到陆地上，而不会受到破坏，那么这些尘埃原则上是可能来自彗星的。这个彗星在漫长的时间内被分解，并将这些分解开的物质像雨一样洒落到地球上。

有一个因素可以导致彗星的撞击比预期的更加频繁，即当木星扫过附近彗星时，木星有时会将它们撕裂成碎块。如果发生这种状况，彗星撞击地球的概率就会增加，因为可能有好几块这种碎块会冲到地球的轨道上来。有些天文学家推测，这种情况最近一次发生在几千年前，因为在内太阳系里，有大量的彗星尘埃。

前几年刚刚撞到木星上的苏梅克-列维彗星就是这种彗星碎片的一个鲜活例子。卡罗琳·苏梅克（Carolyn Shoemaker）第一个在1993年发现了这颗当时处于木星附近的彗星，随后她和她的丈夫吉恩·苏梅克以及另外一位同事大卫·列维共同追踪了这颗彗星的踪迹。他们注意到，这颗彗星看起来不太寻常，因为它看起来并不像是划过天空的一条线，而像是一个由亮点组成的圆弧。很快，在一次更加精确的观测中，天文学家珍妮·刘和大卫·朱维特在其中发现了17个分立的小点，这些散列在圆弧上的点就像是一串珍珠。

当时在美国中央天文电报局（CBAT）的天文学家布莱恩·马尔斯登（Brian Marsden）根据这颗彗星的轨迹推断，它的独特结构是因为一次太过接近木星的飞行而造成的，在那次飞行中，木星的引力将彗星撕成了较小的碎块。他提出了这颗彗星以后还会再次近距离接近木星，甚至撞上木星的可能性。其他天文学家跟进了他的提议，并且通过计算发现，木星的引力确实会困住这些碎块并使它们可能在1994年7月16日到7月22日期间撞上木星。

果不其然，第一个碎块如期以高于60公里/秒的速度飞入了木星大气。木星上看起来受到影响的区域至少有一个地球那么大。木星大气被先于碎块闯入的尘埃所照亮，造成了绚烂的巨闪。这些撞击造成的破坏与希克苏鲁伯陨石坑周围的差不多，只不过，这次受到破坏的地点是在木星上。这个碎块直径只有不到300米大，而最初形成这些碎块的彗星最多也只有几公里大。因此，这次撞击所释放的能量远小于当初造成希克苏鲁伯陨石坑的那颗天体的能量。虽说如此，这次慧木大撞击依然令人震撼。

木星各个卫星上的陨石坑们显示：这种彗星被撕裂并撞击到木星或者其卫星上的现象，在这一区域并不是第一次发生了。而且，如果周期性流星的想法是正确的话，那么它将是彗星在太阳系演化过程中一直扮演重要角色的又一重要证据。这种天体物理现象与行星表面的关联提醒我们，即便是抽象的理论研究，也最终可能会帮助我们解释人类的存在。

虽然这种来自奥尔特云的彗星造成了当年的大撞击的学说尚未被证实，我在本书后文会假设它是成立的。这是我们现今所知的唯一一个能够解释周期性撞击的理论。虽然这种外太阳系的冷冰冰的天体由于受扰动而冲到地球轨道上的说法，听起来像是个科幻小说——但它并不是，虽然我们经常在科幻小说里看到类似情节，这一系列事件也有科学依据。

太阳系最外围就是奥尔特云，我们可以将其想象成一个由很多较小天体组成的，可能延伸至超过5万倍日地距离处的球状天体。这个巨型的彗星发源地存在的间接证据——因为它太远了而无法直接观测，就是我们可以看到的进入内太阳系的彗星。

与我们之前提到的外圈舞者的情况不同，使奥尔特云中的冰冷天体保持在它们轨道上的，是太阳的引力，而不是奥尔特云中各个天体的相互作用。但是太阳的引力只能很弱地束缚住这些天体，因为它们离太阳实在是太远了。引力的强度随距离的平方递减，所以在一万倍原距离的情况下，引力的影响将是原来强度的一亿分之一。太阳对奥尔特云中彗星的引力影响和对地球的引力影响比起来，就是这个比例。在如此弱的束缚下，即便是相对较小的扰动，都可能改变奥尔特云中天体的轨迹，并最终将其踢出轨道，或者甩出太阳系，或者将其送入一个飞奔向太阳的轨道。

天体物理学家恩斯特·奥匹克早在1932年就提出，对太阳系外边缘彗星的扰动可以将这些冰冷的天体送入太阳系的内圈。奥尔特后来为奥匹克的想法找到了更可靠的基础，因此奥尔特云有时也被称作奥匹克-奥尔特云。奥匹克的理论基本上是正确的，他推断，有些冰冷的天体最终会变得不稳定，容易受到扰动的影响，外界影响有时会将它们推出轨道，并进入一条通往地球的道路。他甚至认为，这会对地球上的生命造成影响，虽然他并没有预想到这种破坏会导致白垩纪-第三纪生物大灭绝。

奥匹克的理论虽然让人印象深刻，但也留下了问题：为什么轨道会变得不稳定，是什么触发了它们的逃离？人们一直无法解答这些问题，直到很多年后，沃尔特的提议（以及“冷战”带来的破坏）进入了公众视野，并重新激发了人们的兴趣。

天文学家提出了很多种可能引起扰动的天体，比如从附近经过的恒星或者巨型分子云——质量在1 000～1 000万倍太阳质量的巨型分子气体聚集体。虽然前者会推挤轨道，而后者也会对轨道有一些影响，但两者都不是将彗星送入内太阳系轨道的主要因素。推挤对于彗星轨道的影响取决于推挤的强度和推挤发生的频率，以及被推挤彗星的密度和质量。而恒星和分子云推挤的力度和频率都不足以解释我们看到的这些彗星。

1989年，朱莉亚·海斯勒和斯科特·特里梅因研究了一种更为巨大的影响力——银河系的潮汐力。月亮对地球上离月亮距离不同的地方的引力是不同的，这种畸变的引力会造成海洋的上升和下降，并形成我们所熟悉的海洋潮汐。同样，银河系上的银河系潮汐也在以相似的方式影响着外太阳系的天体。银河系对位于不同位置的天体的引力是不同的，从而将本来是球形的奥尔特云往朝向太阳的方向拉长，并在另外两个方向压缩。

经过一段时间，银河系的引力会将小天体的轨道慢慢修改成非常细长的轨道，或者说是偏心的轨道。一旦轨道足够偏心，它的近日点——距离太阳最近的距离，将会变得很小，以至于这些天体会很容易射入内太阳系。这样，潮汐力就足以将那些冰冷的天体从奥尔特云送出，并增加彗星流入太阳系内部的流量。这将会造就一个缓慢而稳定的朝向地球的彗星流。

更有意思的是，将这些冰冷的天体抽出来并变成彗星送到内太阳系的主导因素，并不完全是潮汐，而是恒星和潮汐扰动的联合作用。虽然恒星扰动并不是造成彗星流的最终因素——因为恒星扰动的作用时标比潮汐的作用时标要长得多，但恒星仍然很关键，因为是它们将奥尔特云预先送到一个潮汐力可以起很大作用的点上。这就像是环法自行车赛中的一个自行车队，车队中其余的车手会帮助领头的赛车手占领好的位置，从而使他能够完成最后一击并赢得冠军。我们一般只知道最先跨越了终点线的胜利者的名字，而忽略掉队伍中其他人。即便如此，其他骑手也扮演了很重要的角色。与此类似，虽然最终将彗星抽出来的是潮汐力，但是它之所以能够对彗星施加足够的推力，是因为恒星扰动已经预先将彗星的轨道送到了不稳定的位置，以至于只需要相对较小的推拉，就可以将彗星送入内太阳系。恒星扰动很重要，但最终引发彗星变轨的，也即人们知晓的因素，主要是潮汐力。

银河系潮汐力超过太阳引力而起主导作用的区域大约是距离太阳10万～20万倍天文单位（日地距离）的地方。在奥尔特云的外边缘，太阳引力将不足以维持轨道的稳定。我们已经看到了潮汐力如何影响处于稳定边缘的轨道，并不时将一个小的太阳系天体送入内太阳系。在更靠近里面一些的地方，也就是我们能观测到的区域，潮汐力就不如太阳引力强了。所以只在奥尔特云中，潮汐作用才能很大程度地推挤处于弱束缚态的彗星。在来自奥尔特云的彗星中，可能有90%是因为这些潮汐影响而产生的。

现在，物理学家和天文学家已经理解了银河系的这种通过引力作用对彗星作出扰动，并将其送入内太阳系的方式。这些机制虽然很重要而且很有意思，却并不足以解释所有的彗星雨或者彗星撞击的周期性。如果没有其他因素的话，上面描述的潮汐力只能造成缓慢却稳定的彗星流。

天文学家们为了解释彗星流的周期性增强，做了各种努力和尝试，来解释为什么这些彗星的触发并不是完全的随机，而是可能每过几千万年就发生一次。我首先要说明，下面我将要描述的一些理论并没有成功解释上述现象。但是，通过理解这些理论以及它们为什么会失败，将会帮助我们找到新的理论。其中的一个理论就是后文我将要描述的暗物质盘理论的前身。

第一个，也是最出彩的一个用来解释周期性撞击的理论，是太阳有一个名为内梅西斯（Nemesis）^[33]的伴星，而内梅西斯和太阳组成了一个大的双星系统。天文学家为这颗想象中的太阳伴星规划了一条非常椭圆的轨道，它和太阳每过260万年将会在3万天文单位的距离内擦身而过。这个1984年提出的理论是为了用内梅西斯在每260万年离太阳最近时增强的引力，来解释大卫·劳普和杰克·塞克斯基的生物灭绝周期性理论。这个理论提出，在内梅西斯离太阳最近的时候，它的引力将会从奥尔特云中抽出一些小天体，并使之成为太阳系的成员，这些小天体之后将变成彗星并对地球进行轰炸。

将近300万年的周期性相遇（以及因此带来的彗星撞击的增多）需要一个非常大的系统。这个大系统的半长轴（椭圆长轴的一半）大约是一到两个光年的量级。这个理论的一个问题是，恒星或者星际气体云会使这个巨大的双星系统不稳定，这将会摧毁之前预设的相遇的周期性，并造成在过去的2 500万年内，次双星系统的周期是变化的。然而，科学家们没有发现这种变化。

最终让这个想法成为板上钉钉的，是一个很好的红外全天巡天星表。如果内梅西斯真的存在的话，那它也应该在这个星表里。虽然1984年的测量并不足以完全排除内梅西斯的存在，现在的观测手段已经有了巨大的提高。美国国家航空航天局的大视场红外巡天探测仪（WISE）于2009年发射升空，之后一直收集相关的数据直到2011年2月。如果这颗红矮星真的存在，那么这颗卫星应该已经看到它了——然而并没有。同时，由于人们也没有发现木星大小的巨型气体行星，另一个相似的理论也被排除了——这个理论假设，导致彗星流周期性变化的是一颗新的行星（被称作X行星）。

在参考了这些失败的想法之后，一些非常不同的基于太阳系、穿行于银河系内已知的不同部分的理论，看起来是很可靠的选择。这些理论并没有引入新的或者奇怪的东西，而是认为，太阳系通过星系旋臂或者穿过星系盘时所经受的密度变化，会引起对奥尔特云扰动的变化。重复通过高密度区域，原则上可以解释彗星的周期性。

我们知道，银河系是一个盘星系，也就是说大部分恒星和气体是在一个直径大约为13万光年、厚2 000光年的薄盘上。太阳位于距银河系中心约2.7万光年的地方，而此时它在垂直方向上非常靠近星系盘的中心平面——只有不到100光年的距离。它也在一个旋臂的边缘。

银河系的旋臂从银河系的中心开始向外弯曲着延展（见图15-2）。这些旋臂比旋臂之间的区域包含更多气体和尘埃，因此也是年轻恒星更容易形成的地方。这里也是高密度的巨型分子云的所在地。当太阳穿过这些密度较高的区域时，这些分子云会施加更强的引力，原则上会导致更强的扰动，而造成撞击的周期性增强。

图15-2

银河系的旋臂以及太阳（大小并不是按比例绘制的）的位置。

这个理论的一个潜在问题是：这些旋臂并不是完全对称的，甚至没有一个相对太阳的固定旋转速率，即太阳很可能并不会以精确的周期穿过它们。然而，现在人们对旋臂的结构、动力学以及演化并不十分了解，仅仅通过这些就排除这个旋臂理论，也很武断。除非周期性非常完美，否则这种缺乏完美周期的理论很难被数据排除，因为这些数据的周期性也可能只是近似的。

不过，另外两个因素令旋臂理论无法很好地解释观测到的撞击率的提高。第一个因素是，旋臂中的平均气体密度不够高，并不能解释周期性的撞击率提高。如果密度的改变不够大的话，地球在穿越旋臂过程中所受到撞击率的提高将小到无法察觉。

另一个因素是，太阳系穿过星系旋臂的频率并没有那么高。银河系只有四个大旋臂，可能还有两个小旋臂，而围绕银河系转一圈的时间是很长的，因此这就意味着在过去2 500万年中，只有不到4次穿过大旋臂的机会。而实际上，这些旋臂运动的方向和太阳系运动的方向相同（虽然速度不同），这样的话，穿过大旋臂的周期大约是800万～1 500万年，远远不够解释生物灭绝或者陨石坑的出现。

虽然穿越旋臂无法解释撞击的周期性，但这并不代表可以排除银盘垂直方向上的密度变化作为触发机制的可能性。而这种理论很可能会被证明是一种很有希望的理论。太阳系在做圆周运动的同时，还在银盘的垂直方向做上下的振荡。如图15-3所示，这种振荡的尺度是非常小的（相比于太阳距离银心的距离2.6万光年）。太阳系围绕着银心做着近似圆周的运动，它围绕银心一圈大约需要2.4亿万年，这个时标就是所谓的一个星系年。在做圆周运动的同时，太阳还会上浮和下沉。太阳在垂直方向振动的振幅很小，而且与星系盘上的物质分布有关。但是一个合理的估算给出的值大约是200光年，不过我们现在处在一个更加接近中心盘的位置，离中心盘大约有65光年。

图15-3

太阳在围绕银河系旋转的同时，还会穿过银盘上下振动。在穿过银盘的时候，它会受到更强的潮汐引力。注意，为了更清楚地描画这种振动，图中的振动周期被刻意缩短了，而太阳实际上在绕银河系一周的过程中，只会做3～4次垂直振动。

太阳系的这种垂直方向的振动也许可以说明潮汐效应随时间的变化，并且可以用一个合适的时标来解释任何周期性。因为，随着太阳系穿入或者穿出某些银盘上较致密的区域，太阳系周围的恒星和气体含量是变化的，因此太阳系在振动穿过银盘时，会经历不同的环境。如果太阳系在穿过银盘时，周围的密度急剧升高的话，那么它受到的扰动也会急剧增大，结果是，彗星撞地球的概率在这种情况下也会提高。星系潮汐是奥尔特云受到的主要扰动，所以银盘上垂直方向的密度变化原则上可以造成足够的影响。这项理论是由纽约大学的迈克尔·兰皮诺教授和布鲁斯·哈格蒂（Bruce Haggerty）教授提出的。他们也给这个理论起了一个多彩的名字——“湿婆假设”（Shiva Hypothesis，湿婆是印度的毁灭和重生之神）。

为了符合观测结果，“湿婆假设”需要银河系中的物质分布满足两个条件。第一，中心盘的密度必须能够提供一个可以造就正确的垂直振动周期的引力场。这个条件与任何精确的扰动机制无关。如果太阳系不能以正确的频率穿过银河系的中心盘，那么穿过中心盘时的任何引力增强，都不会使理论符合观测数据。

第二个条件是，形成一个能解释周期性彗星雨变化率的必要条件，也就是需要一个足够明显的密度变化。这样太阳系在穿过银盘的时候使奥尔特云受到的潮汐力会随时间变化。这两个条件与所有基于银河系中心平面的密度增强，来解释周期性彗星流的理论是相关的。根据这两个条件，我们排除了现在正在讨论的这个理论，而且它们还可以解释为什么比普通物质盘更致密、更薄的暗物质盘可能会是一个合适的选择，下面我会讲到。

兰皮诺和理查德·斯图斯尔在1984年试图利用一个更加标准的银河系组分，来解释彗星流的周期性，并计算了这种组分（即巨型分子云）的密度变化，这些巨型分子云在靠近银河系中心平面的地方最为致密。他们的逻辑类似于之前提到的旋臂穿越理论——当太阳系穿过这些分子云的时候，物质的分布更加集中。这个理论在第二年就被排除了，因为天文学家们发现，分子云的尺度太大了，它几乎可以延伸到和太阳垂直振动的振幅差不多远的地方。这样的话，在太阳垂直轨迹上的密度变化将会太小，而不能起到所需的作用。如果没有其他物质的话，仅仅靠与分子云的相撞频率来解释大约3 000万年的周期，还远远不够。

朱莉亚·海斯勒和斯科特·特里梅因与天体物理学家查尔斯·阿尔科克（Charles Alcock）共同研究了另一个可能的理论。他们在证明了银河系潮汐引力的巨大影响之后指出，虽然潮汐的影响会造成一个非常稳定的彗星流，但是一个近邻恒星的临门一脚，也可以造成彗星雨。接下来的问题就是，这种和近邻恒星的遭遇，会以多大的频率以及多大的力度发生呢？后续造成的彗星撞击地球的概率变化会有多大呢？

这支研究团队通过回答以下问题估算了遭遇恒星的频率：一个太阳质量的恒星（在速度为40公里/秒的情况下能造成所需影响的最低质量）进入距离奥尔特云2.5万个天文单位（能够扰动奥尔特云的最小距离，因为这个距离和奥尔特云与太阳的距离差不多）区域的概率是多少？他们发现，这种遭遇发生的频率大约是7 000万年一次。这个频率并不足以解释前面提到的周期，但是从理论上讲，这种机制确实可以在过去2.5亿万年中造成一些类似事件。

为了作出更好的预言，海斯勒及其合作者后来做了一个更详尽的数值模拟：他们还考虑了潮汐能施加的额外推力。他们发现，理论成立所需要的恒星离太阳的距离要比之前认为的更近一些。因此，根据此理论而给出的真实的彗星雨概率比之前算的还要小，大约是1亿年甚至1.5亿年一次，比所有观测到的周期都要长得多。在后续的更详尽的数值模拟中发现，恒星遭遇对引发彗星撞击地球的影响，要比他们这次计算结果大一些，但是仍然不足以解释观测数据。

这些研究的结论就是，如果没有新的成分加入，太阳系的引力不可能在短期内发生足够巨大的改变，并造成彗星撞击率每隔一段固定的时间，就发生一次远超平均水平的可观爆发。虽然太阳系会周期性地穿过银河系中心平面，但是由于普通物质的分布造成的彗星雨，并没有在穿越的时候增加。

总体来讲，这种情况很像之前提到的旋臂触发理论。这些理论给出的周期太小，密度的变化也不够大，以至于不能产生理论提出者所希望的那种周期性陨石撞击。虽然最初所测得的密度分布有可能使理论符合观测，但是后续关于星系的更精确的观测数据显示，之前的那些理论都无法产生符合陨石坑记录的正确频率或者正确的周期性增强。除非银盘上有某种新的未曾被发现的物质，否则所有关于星系平面的理论都会因为所预言的周期过长而被排除。

将所有现有的测量数据，比如周期性随着时间变化了很多的证据，综合在一起之后，我和马修·里斯终于得出了这样的结论：如果盘中没有一个现在未曾探测到的物质成分的话，那么这种上下振动的频率将会因为太长，而无法解释观测到的周期。这不仅仅是因为，普通物质的分布太平滑，而不能产生那种突然爆发的彗星撞击率，而且如果银盘只由普通物质组成的话，将会因为太过稀薄而无法产生正确的周期。

虽然上述这些理论并不能解释各种周期性，但它们仍然给了我和马修继续前行的基础。我们学到了，潮汐效应会在靠近以及穿过银盘时，造成足够大的扰动来驱动彗星进入内太阳系。但我们也知道了，已知的天体物理成分是无法造成我们希望看到的周期性的。它们都不能产生一个足够突然的潮汐效应，来增强撞击地球的彗星数目。

这给了我们两种可能。也许最可能的就是，我们观测到的周期性并不是真实的。首先，周期性的证据并不是那么强，而且很多偶然事件都可能将其伪装成周期性的样子。另一个更富想象力但也更有意思的可能是，银河系的结构并不是我们认为的样子，这样，潮汐影响有可能更大，并且具有比之前期望的还要大的变化率。我们打算按第二条路继续探索下去，而且，我们成功了。

在第三部分我会讲述，当我和马修·里斯考虑了银盘上所谓的普通物质，以及测量到的太阳位置和速度时，我们发现，陨石坑的记录与我们提出的暗物质模型符合得更好。在银盘上加上一个具有合适密度和厚度的暗物质盘，会调整银盘潮汐力的强度和时间相关性，这样一来，撞击的周期和强度都可以与观测数据匹配得很好。

沿着这个思路，我们还有一个意外收获，即第14章提到的旁视效应并没有之前想的那么差。我们不需要再去考虑所有可能的周期，只需要考虑已经测到的星系中的普通物质的密度。利用这些并不精确的太阳系测量数据，以及一个合适的暗物质盘模型，我们可以将可能的振动周期限制在与已经测到的银盘密度分布相符合的范围。我和马修发现，在考虑了现有的数据之后，周期性的假设大约是随机碰撞可能性的三倍。虽然我们提出的暗物质盘的存在性并没有很强的统计学证据，但这样的结果已经很好了，足够鼓励我们进行进一步的研究。

这种方法最好的地方在于，我们对银河系引力场的认识会进一步提高。我们的方法考虑了所有关于银河系的已知数据，它将随着对银河系和太阳运动更精确的测量数据，而变得越来越可靠。科学家们现在正在测量银河系中的物质分布。现在，太空中的卫星正在记录恒星的位置和速度，以帮助我们推测它们所感受到的银河系的引力场——也就是将它们束缚在银河系内的场。这些都会为我们进一步揭示银河系平面的结构。

在这些注定会激动人心的结果中，理论和观测将会把太阳系的运动和地球上的数据结合起来。未来观测到的更多数据将会带来更可靠的预测和更可靠的结果。

第三部分将会回到暗物质模型，并以可以解释陨石坑数据所反映的周期性模型作为结束。关于周期性和地球历史的研究，可以帮助我们思考那些充满宇宙人类却看不见的暗物质的本质，这也是人们探索地球周围的可见世界和飘渺的暗物质世界的一个非常好的理由。