巴林杰隕石坑被認(rèn)為是小行星撞地球留下的痕跡

近日，美國國家航空航天局(NASA)的OSIRIS-Rex探測器伸出機(jī)械臂，為即將進(jìn)行的采樣工作進(jìn)行了測試。這個2016年踏上旅程的探測器的目的地是小行星貝努，計劃于2023年攜小行星樣本返回地球。

這只是人類探索小行星的一個節(jié)點。而人們對小行星的好奇，一部分由于它可能給地球帶來的威脅——小行星撞地球不僅出現(xiàn)在科幻電影里，也曾發(fā)生在真實世界里。地球上一些巨大的隕石坑，就是它們當(dāng)年造訪地球時留下的印記。

作為茫茫宇宙的一員，無法獨善其身的地球一直接受著來自空間環(huán)境的各種“饋贈”。從天外來客到太陽輻射，它們到底對地球產(chǎn)生哪些影響?

見證歷史的隕石巨坑

美國亞利桑那州，一片平坦高原上，有一個外表很壯觀的大坑。大坑的直徑約1240米，深度約170米。這個坑就是著名的巴林杰隕石坑。

早在1891年，美國地質(zhì)學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)了這個環(huán)形巨坑。起初，科學(xué)家認(rèn)為它可能是一個死火山口。10多年后，采礦工程師巴林杰對這一巨坑產(chǎn)生了強(qiáng)烈興趣。

巴林杰堅信，巨坑是隕石撞擊而成的。為尋找“肇事”的隕石主體，巴林杰投入大量人力物力，最終卻未能如愿。他是首個指出巨坑為隕石撞擊坑的人，巨坑后來以他的名字命名。

據(jù)科學(xué)家推算，大約5萬年前，一顆直徑約50米、重達(dá)30萬噸的小行星，以每秒25公里的速度沖進(jìn)地球大氣層，撞擊了如今的美國亞利桑那州，形成了今天人們所看到的巨坑。

盡管早在1906年，巴林杰發(fā)表了論文，論證巨坑成因為隕石撞擊。但事實上，直到1960年左右，尤金·蘇梅克等人才在巨坑中找到了最關(guān)鍵的撞擊證據(jù)——柯石英和斯石英。

“這兩種礦物只會在含石英的巖石受到瞬間巨大壓力時才會產(chǎn)生，就目前所知，只有在撞擊事件和核試驗的環(huán)境下才可能形成。”中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)教授陳颙說道。據(jù)測算，形成巴林杰隕石坑的這次撞擊所產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于廣島原子彈爆炸的150倍。

蘇梅克對巴林杰隕石坑的研究方法和發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵證據(jù)，為此后隕石撞擊坑的鑒定提供了范例。受后來的地質(zhì)過程影響，大多數(shù)地球早期的撞擊坑被磨滅消失了。據(jù)不完全統(tǒng)計，在地球上約有150個依然可以辨認(rèn)出來的大撞擊坑，其中直徑大于100公里的僅有5個。

陳颙舉例道，位于加拿大魁北克省的曼尼古根隕石坑，直徑約100公里，是目前地表上已知第五大的隕石坑。它是在約2.1億年前，由一顆直徑約5公里的天體撞擊形成。

恐怖的第五次生物大滅絕

小行星撞地球，留下的不僅僅是隕石坑，可能還帶來了一些稀有元素。比如在元素周期表上排第77位的銥。

物理學(xué)家阿爾瓦雷茨發(fā)現(xiàn)，全世界生成于距今6500萬年時期的黏土中，銥的含量大幅增加。他認(rèn)為，這些銥元素來自地球以外，是小星體碰撞地球時帶來的，碰撞的時間在中生代的白堊紀(jì)(K)和新生代的第三紀(jì)(T)之間，據(jù)此提出了地質(zhì)學(xué)上著名的K-T線。

所謂K-T線，是指介于白堊紀(jì)和第三紀(jì)之間的界線。界線，意味著代紀(jì)的更迭、物種的消亡與新生。白堊紀(jì)末期，發(fā)生了第五次生物大滅絕事件，一度主宰陸地的恐龍也未能逃脫。這一場大災(zāi)難因何而起?

在阿爾瓦雷茨看來，這場災(zāi)難是由小行星撞擊導(dǎo)致的。據(jù)推測，約6500萬年前，一顆直徑在10—30公里間的小行星以每秒20—40公里的速度一頭扎進(jìn)了地球大氣層。這次異常猛烈的撞擊，導(dǎo)致地球上長時間灰塵蔽日，生物史上的一個時代就此結(jié)束。

阿爾瓦雷茨提出的是一個假說。為了驗證這一假說，需要找到小行星撞擊地球時留下的隕石坑。上世紀(jì)80年代，人們終于在墨西哥灣找到了6500萬年前形成的一個大坑。因為它被1200米的沉積巖所覆蓋，所以比較難以發(fā)現(xiàn)。

“在K-T界限的時候，一個石頭砸過來，形成了迄今為止所知道的在地球上發(fā)生的最大的能量事件。”陳颙說道，目前絕大多數(shù)科學(xué)家相信，中生代和新生代分界的生物滅絕，是因為撞擊事件造成的。

白堊紀(jì)的故事可能聽上去有些遙遠(yuǎn)。而事實上，即使在今天，小行星撞擊地球的風(fēng)險依然存在。NASA觀測數(shù)據(jù)顯示，在已知的近地小行星中，約有1000顆直徑超過1英里(約1.6公里)，約有1.95萬顆直徑超過100米。

對于如何防止來自“近鄰”的侵?jǐn)_，科學(xué)家也一直在想辦法。比如，歐盟提出了防御小行星項目“近地軌道防護(hù)盾”計劃，擬在2020年以前正式實施。該計劃旨在通過導(dǎo)彈炸毀、引力牽引和主動碰撞等多種手段，防范近地小行星撞擊地球。

不期而至的北美大停電

和顯而易見的撞擊相比，空間環(huán)境還以另一種相對隱蔽的方式影響著地球。

刮風(fēng)下雨，地面上的這些天氣變化，大家并不陌生。其實，日地空間里也有天氣變化。突發(fā)性太陽活動，比如太陽黑子、耀斑等，引起的日地空間環(huán)境高度動態(tài)的短時間尺度的變化，被稱作空間天氣。

太陽離地球那么遠(yuǎn)，突發(fā)性的太陽活動會對地球上人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生什么影響呢?災(zāi)害性的空間天氣會對航天系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)、電力和能源系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，還會對地面天氣和氣候系統(tǒng)產(chǎn)生較明顯的影響。

為了說明太陽活動對地球的影響，陳颙舉了1989年3月發(fā)生的北美大停電的事例。3月對北美地區(qū)來說還是很冷的時節(jié)。在那個深夜，北美地區(qū)的人們先是看到了極光，隨后加拿大魁北克地區(qū)突然發(fā)生了大規(guī)模的停電。有600萬人在很低緯度的位置，度過了一個寒冷而恐懼的夜晚。當(dāng)時，停電情況持續(xù)了約9個小時。

不久，NASA出面證實了這是因為太陽發(fā)生了一次日冕大爆發(fā)事件，而且爆發(fā)是有方向性的。噴發(fā)的物質(zhì)正對著地球上的北美地區(qū)，因此對該地區(qū)的電力系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)形成了巨大的影響，造成了大停電。

事實上，這次太陽風(fēng)暴的強(qiáng)度尚不及1859年太陽耀斑事件強(qiáng)度的三分之一。有科學(xué)家預(yù)估，如果1859年耀斑事件發(fā)生在今天，它很可能會徹底摧毀人類現(xiàn)代化的科技基礎(chǔ)設(shè)施。

突發(fā)的、災(zāi)害性的空間天氣變化，無疑給衛(wèi)星運行、通信、導(dǎo)航和電力系統(tǒng)安全帶來了挑戰(zhàn)。而揭示災(zāi)害性空間天氣的整體變化規(guī)律，提供高精度、高時變的空間天氣數(shù)值預(yù)報，是目前極富挑戰(zhàn)性的國際前沿課題之一。

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