第三章 當天空砸在我們頭上

如果地球被一個小行星撞擊，那會如何？

3分鍾後，城市裏出現隆隆巨響，幾千扇窗戶被震碎。站在窗邊的人不幸被玻璃碎片劃傷。大約共有1500人受傷，幾乎都是因為碎玻璃。還有7200座房屋受損。除去安·霍奇斯（1954年她在沙發上休息時被隕石碎片砸中），這是唯一一次有記載的小行星致使人員受傷、建築受損的事件。

這起事件提醒人類，我們周圍存在一個鮮有人談論的危險因素，大眾對它毫不在意，但它真實存在。實際上，太陽係並不是人類想象中的空空****，而完全是另外一個樣子。它更像是一個射擊場，一個大得超出我們想象的競技場。行星在“射擊場”裏運動，要躲過周圍許多物體，這些物體叫作小行星（asteroide），它們沿各自軌道瘋狂地朝任意方向移動。“小行星”一詞於1802年由威廉·赫歇爾爵士（Sir William Herschel）引入。第一顆小行星——穀神星（Cerere），是意大利人朱塞普·皮亞齊（Giuseppe Piazzi）發現的，1801年1月1日，他在巴勒莫天文台觀察星星時發現其中一顆在移動。當時的人也許會將此類物體統一歸為行星，因為距離天王星的發現才剛剛過去20年，並且在此之前，約翰·波得（Johann Bode）曾運用他和約翰·丹尼爾·提丟斯（Johann Daniel Titius）共同提出的定律[1]預測，火星與木星之間存在一顆行星，而新發現的這個天體正好就處於火星與木星之間。但不同於天王星，任何辦法都判斷不出穀神星的形狀。即使用最厲害的望遠鏡觀測，它也始終是個小星點兒。一年後，德國天文學家海因裏希·威廉·奧伯斯（Heinrich Wilhelm Olbers）在一條與穀神星運轉軌道相似的軌道上發現了另一個小行星，並為其取名智神星（Pallade）。赫歇爾引入的希臘詞匯“小行星”用來描述這些天體非常合適：aster-oides，意指“近似恒星，但卻像行星一樣會運動的天體”。1804年天文學家發現了婚神星（Giunone）， 1807年又發現了灶神星（Vesta）。此後一直過了40年，突然，科學家又有了新的發現，這一次行星之間出現新天體的頻率很高，所以不可能將它們一一列舉出來，更主要的原因是，這些天體的運行軌道相互交叉，甚至完全重合。1854年，經過很長時間的討論，人們將穀神星和其他大約30個近似行星的天體重新歸類，定為“小行星”。2006年，冥王星也被降級為矮行星，此前科學家發現了數千顆與其相似的外海王星天體[2]。另外，這也給了穀神星一個贏回麵子的機會，它現在也被歸為“矮行星”。

今天已知的小行星大約有100萬顆（還不算上外海王星天體），小到隻有幾米寬的，大到直徑530千米的灶神星。外海王星天體的大小很難估算，其中（225088）2007OR10（也被非正式地叫作“共工星”）的直徑達到1230千米，它是太陽係裏未被命名的行星、矮行星和衛星中最大的天體[3]。大部分已知的小行星都聚集在火星與木星軌道之間，即所謂的“小行星主帶”（fascia principale degli asteroidi，通常也叫“小行星帶”）。對地球有潛在威脅的小行星就位於這塊區域：潛在危險小行星，包括所有寬度大於140米，且在一百年內能運行到距地球7 500 000千米以內的小行星。這類小行星還挺多的：目前有2044顆[4]，其中157顆寬度超過1千米。潛在危險小行星一共包括20 000個近地天體，即運行軌道與地球公轉軌道相交的天體。基於“越大的天體越明亮”這一規律，今天的天文學家認為，所有寬度大於1千米的近地天體（約900個）都已經被觀測到了。那些更小的天體自然是更難找的，據估測，寬度大於140米的天體中大約還有2/3沒被發現。在整個小行星帶中，寬度超過100米的小行星至少有2500萬個。小行星密集的另一大區域是海王星軌道外側，通常稱為“柯伊伯帶”（fascia di Edgeworth-Kuiper）。這塊區域很廣，按照估算，柯伊伯帶裏麵的小行星數量和總質量最多或達到小行星主帶的200倍。但由於距離太遠，並且這些天體比較小，我們至今隻發現了大約1000顆，其中包括另外4顆矮行星（冥王星、鬩神星、鳥神星、妊神星）。小行星主帶的天體主要由岩石構成，與此不同，柯伊伯帶的“居民”主要由易揮發物質構成，如水、氮、氨和甲烷。如果這些天體向太陽移動至日地距離，它們將會變成氣體——彗星就是這麽產生的。柯伊伯帶外側是無邊無際的外太陽係區域——離散盤（disco diffuso）和奧爾特雲（Oort），人類不知道這些區域有多寬廣，很可能有上萬億顆彗星匯聚於此。這裏提到的所有天體——小行星和彗星共同組成了“太陽係小天體”家族，它們其實是某些物質的殘餘，45億年前誕生的那些行星正是由這一物質構成。穀神星、灶神星、智神星以及其他少數天體則或許是遠古時代的行星雛形（沒能發展成型的行星胚胎）殘留下來的。

這一物質在太陽係裏四處漂泊，同由它構成的行星之間始終保持著積極“互動”。尤其是木星，它是小行星主帶的“警察”。木星的引力巨大，能將小行星限製在各自的軌道上，甚至促使其中一些與自己共用一條軌道，這些被“選中”的小行星即為所謂的“特洛伊群小行星”（Asteroidi Troiani）。而其餘的小行星——“半人馬小行星”（Centauri）——則在氣態巨行星（giganti gassosi）之間隨意穿梭，據估測，其中寬度超過1千米的小行星共有數百萬顆，它們的分類介於小行星和彗星之間。海王星更是控製著所有位於其軌道外側的天體，以至這些天體都被稱作“外海王星天體”。例如，海王星每繞太陽公轉2周，冥王星就要繞太陽公轉3周。通常是海王星將彗星推向內太陽係（sistema solare interno），而木星則引導這些彗星反向運動，摧毀它們或將它們整個“推”出太陽係。1994年，行星之王——木星“吞”下了一整顆彗星，即蘇梅克-列維9號（Shoemaker-Levy 9）。連續的撞擊形成了壯觀的火球，給木星雲層留下了短暫但巨大的創傷痕跡，有的創麵直徑比我們的地球直徑還大幾倍。

地球見證了這整個事件，並且隨時可能變成下一個太空垃圾。由於自身性質，潛在危險小行星的繞軌運行速度十分接近地球的公轉速度，所以二者相撞時速度有限，但撞向太陽的彗星卻沒有速度限製，它們就像晴空裏的閃電。實際上除了天體大小、密度以外，決定撞擊後果的另一個主要因素正是撞擊速度。更籠統一點地說，小行星的速度越快、密度越大，造成的影響就越嚴重。在接下來的場景中，我們將要討論的是一個典型的岩質小行星，其撞擊速度為25千米/秒，即90 000千米/小時，密度是3千克/分米3。天體撞擊速度越快（如彗星），或密度越大（如以鐵元素為主的小行星），導致的後果相應地也就越嚴重。

寬度小於1米的天體。這樣的天體被稱為“流星體”（meteoroide）。我們不知道此類天體有多少，也許這個問題根本沒有意義，因為“流星體”這個類別甚至包括行星際塵埃（polvere interplanetaria）——由直徑隻有幾微米的顆粒構成。地球每天能收集15 000噸行星際塵埃，它們以數百萬顆流星體的形式進入地球大氣層。這麽小的天體到達不了地球表麵，會在距地表10千米左右的地方全部變成氣體。更大的塵埃會更明亮，能在夜裏看見：它們是流星，即人們說的“墜落的星星”。地球經過一顆彗星的軌道時，會攔截這顆彗星落在身後的所有行星際塵埃，這便形成了隕星雨（sciame meteoritico）。

寬度1米左右的天體。這樣的流星體便是名副其實的小行星。地球每個月會被此類天體撞擊好幾次，它們形成的流星非常明亮。這些流星的專有名稱是“火流星”（bolide），善於觀測的人一生中可以看見數十次呢。根據曆史記錄，有些流星雨（比如1月的象限儀座流星雨）掉落的隕石比有名的8月英仙座流星雨（也叫“聖洛倫佐的眼淚”）掉落的隕石還多。

寬度為5米的天體。這種規模的小行星平均每4天撞擊一次地球。它們是非常明亮的火流星，進入大氣層時會被迅速加熱，導致一些易揮發物質變成氣體，接著會發生爆炸，威力堪比一個小型核彈。不過爆炸發生在海拔約40千米的地方。一些碎塊會落到地麵上，即隕石。2000年墜落在加拿大塔吉什湖（Tagish Lake）地區的小行星便是廣為人知的隕石之一。

寬度為50米的天體。這一類型包括通古斯隕石事件[5]（l’evento di Tunguska）中的天體，它是有記載以來威力最大的天體隕落事件，大約每800年出現一次。1908年6月30日，一個寬度為50～80米的天體進入大氣層，在距離西伯利亞地麵僅8千米的上空爆炸，十分危險。那次爆炸釋放出的能量相當於美國試驗過的威力最大的氫彈“喝彩城堡”（Castle Bravo， 1500萬噸TNT當量）。2150平方千米的森林被徹底夷為平地，但幸運的是，西伯利亞泰加森林人煙稀少，所以並沒有人受到重傷。有少數人見證了這起事件，他們說“天空分成了兩半”，然後出現了一顆特別亮的火球，根本無法用眼睛直視。距離事發地65千米的一位目擊者稱，當時他覺得非常熱，甚至以為身上的衣服要燒起來了。這次爆炸引發了一場裏氏5級的地震，全世界的地震儀都檢測到了。但還存在一個謎團——至今仍未找到一個彈坑，也沒有找到該天體的任何碎片，以至人們猜測那是一顆由易揮發物質構成的彗星，所以才沒留下痕跡。它也可能是一個寬度小於50米的天體，但由於運行速度過快而具有如此大的破壞性。此外，小行星的密度也是一個重要因素：撞擊形成直徑為1.2千米的亞利桑那隕石坑的天體差不多也就是50米寬，但它很可能隻由鐵和鎳組成，所以要重得多。

寬度為100米的天體。它們被稱為“城市殺手”。這類天體的撞擊能釋放出相當於“沙皇炸彈”（la bomba Zar）的能量，“沙皇炸彈”可是人類引爆過的威力最大的氫彈。岩質小行星不會因為大氣層溫度高而升華為氣體，而是會落到地上變成碎片。這類天體的撞擊能夠形成和亞利桑那隕石坑一樣大的坑，而且能讓30千米內的任何東西全部化為烏有。類似事件大概每6000年發生一次。

寬度為500米的天體。它們是“大區殺手”。這類小行星到達地麵時幾乎完整無缺，撞擊後能形成直徑為9千米的隕石坑。它們的爆炸強度是沙皇炸彈的200倍。從200千米處看，爆炸形成的火球比太陽光還亮3倍。撞擊40秒後會傳來7級的地震波，3分鍾後會出現火山拋出物，即因地殼熔化而產生並被拋射到空中的碎屑物質。再過10分鍾，衝擊波會把所有窗戶震成碎片，不管距離有多遠。200千米正好是意大利海岸與第勒尼安海（Tirreno）中心的平均距離，如果撞擊發生在這片海上，浪高15米左右，甚至50米的海嘯將會席卷意大利沿海地區。海嘯浪高很難計算，主要是因為它與海底構造有很大關聯，所以不同地方發生的海嘯也就大不相同。此類事件大約每180 000年發生一次。

寬度為1千米的天體。為了與前麵兩個名稱保持一致，我們稱這類天體為“國家殺手”。它們引發的事件比“大區殺手”強10倍，地球上每隔900 000年會發生一次。這類撞擊會產生直徑為18千米的隕石坑，以及一場8級地震。200千米處的人會看見比太陽光強21倍的亮光，紙張會著火，人也會被三度燒傷。撞擊將產生玻璃珠大小的火山拋出物，以及能擊倒樹木、毀壞建築的衝擊波。這類撞擊會導致大量粉末被噴入平流層，擋住星星，導致接下來數年內的冬季更為寒冷。如果撞擊發生在第勒尼安海區域，將會引**高50～140米的海嘯——17分鍾內便會席卷沿海地區。

寬度為5千米的天體。綽號“大陸殺手”，釋放的能量是“喝彩城堡”的100萬倍，可形成直徑為70千米的隕石坑。200千米內的人無處逃生：撞擊後會出現比太陽光線強烈700倍的強光，所有可燃燒的東西都會化為灰燼。實際上，不管隔得多遠觀測都不算安全，就連600千米處的衣物都會著火。活下來的唯一辦法是離得足夠遠，遠到看不見撞擊產生的那個火球。撞擊還會導致9.4級的地震，人類記錄的最強地震也僅此而已。地麵上將會覆蓋一層4米厚的火山碎屑物，平均大小像橙子一樣。形成的衝擊波壓強將超過11個大氣壓，足以毀滅任何物體。如果撞擊發生在第勒尼安海上，將會有浪高700～1400米的海嘯席卷意大利沿海地區，海水甚至會橫掃山穀，越過亞平寧山脈。此類撞擊每4 000 000年發生一次，導致數年內氣候異常。這類小行星會造成諸多後果，直徑90千米的美國切薩皮克灣隕石坑（cratere della baia di Chesapeake）就是其中一例。

寬度為10千米的天體。現在我們終於說到“恐龍殺手”了。這類天體的撞擊將會形成一個直徑為130千米的隕石坑，引發10級地震，人類還不曾記錄過這個級別的地震。撞擊的後果是毀滅性的，我們最好把參照距離換成2000千米。身處這一距離的人看不見碰撞發出的光，但會在7分鍾後感受到地震，甚至連這裏的建築都會受損。衝擊波會在1小時40分鍾後傳過來，距離再遠的樹木都會被連根拔起。假如碰撞發生在海裏，那麽2個半小時過後，意大利海岸將會激起120～240米高的海浪。如果是發生在第勒尼安海中，海浪的高度或許還要高10倍。不過一直讓第勒尼安海承受這些極端的假設，它也太可憐了。大量的岩石會在變成氣態後上升到平流層的高溫層（alta stratosfera），數十年後再落回地麵，接著將會開始一個漫長的冬季。尚不清楚導致恐龍滅絕的天體有何特征：很可能是一顆球粒隕石，但也不排除它是顆體積更小，但撞擊速度極快的彗星。隕石的威力確實大，但無法解釋恐龍為什麽會滅亡。現在地質學家和古生物學家一致認為，某顆小行星在地球環境最惡劣的時候撞擊了它，當時地球正經曆嚴重的德幹暗色岩（Trappi del Deccan，印度半島中西部的一塊熔岩地區）火山噴發。這給地球造成了巨大壓力，破壞了地球上生態係統的穩定。此時降落的隕星便是導致大規模滅絕的最後一擊。此類事件每隔約1.8億年發生一次，形成的隕石坑有如加拿大的曼尼古根（Manicouagan）隕石坑一般，現在它成了壯觀的曼尼古根湖。

寬度為50千米的天體。沒有地質依據表明如此規模的天體曾撞擊地球：此類事件發生的周期超出了地球的年齡。它們在太陽係形成初期很常見，當時各個行星剛剛形成。這類撞擊會形成最大直徑為600千米的隕石坑和11級地震。地球上沒有任何生物能安然無恙，撞擊產生的衝擊波即使在地球另一邊也能清楚地感受到。10 000千米以內的所有東西都會化為灰燼。這個時候談論海嘯已經沒有意義了，因為這類小行星的直徑是地球上海洋深度的好幾倍，不可能激起更大的浪了。火山拋出物將被噴向太空之中，然後變成小隕石，穿梭於行星之間。這樣一顆小行星的撞擊將導致地球上的冬季持續數十年，地球上大部分生物都會消失，隻有能在最極端環境下存活的簡單生命可以死裏逃生。最可能由這類小行星撞擊形成的隕石坑是南非弗裏德堡隕石坑（Vredefort），它的直徑為300千米，形成於20億年前。還有其他類似的地質遺跡，如加拿大魁北克省的米斯塔西尼湖（lago Mistassini），不過尚無確鑿的科學依據證明它們是此類撞擊的產物。

寬度為500千米的天體。我們可以管它們叫“行星建設者”。這些天體相互碰撞、熔化，像拚積木一樣組裝在一起，形成了岩質行星，比如我們都知道的地球。如果今天有一顆類似灶神星（直徑約530千米）的小行星撞擊地球，地球將徹底變成另一副模樣。最終形成的隕石坑直徑可達4000千米左右。這等規模的隕坑在太陽係裏隻有少數幾例：火星上的希臘平原（la Hellas Planitia）和月球上的艾托肯盆地（Bacino Aitkten），兩者都誕生於太陽係形成初期。此類天體對地球的撞擊非常強烈，會將地殼中大部分物質都帶出來：像削蘋果一樣“削”去地球的外殼，將數不清的物質拋向太空深處。地球上剩下的東西會燃燒成灰燼，海水將會蒸發，隻有藏在岩石裂縫中的極端細菌能躲過一劫，其他更高級的任何生命都會滅亡。

寬度為5000千米的天體。最後還有“行星殺手”。44億年前月亮的出現正是多虧了它們——月亮是地球形成之初與一個火星大小的天體碰撞後產生的。如果再發生一次類似的碰撞，整個地球都將熔化，所有生命都會消失，還有大量物質被拋射到軌道上。地球上的水分會蒸發變成熾熱氣體，直至地球變成甜甜圈狀，這種熾熱氣體叫“索內斯蒂亞”（sinestia）。如果兩個天體迎麵相撞，或兩個天體運動速度特別快時，雙方都將徹底毀滅。不會有任何行星形成，碰撞產生的碎屑雲團逐漸擴大，形成一個新的小行星帶。

今天，麵對小行星的威脅我們無力自保。車裏雅賓斯克事件中的小行星本來可以被提前發現，但是沒有，因為它是從太陽方向飛過來的。到目前為止，小行星在撞擊地球前被發現的情況隻出現過3次，每次都是撞擊前幾天，甚至前幾個小時才被發現。因此，研究人員正在申請更多經費用於小行星的研究項目，這些項目的最終目的是盡可能多地找出潛在危險小行星。想在未來研究出能避免車裏雅賓斯克事件或通古斯事件的技術，人類僅僅處在第一步。恐龍沒想到自己會因為一顆小行星而滅絕，它們沒能觀測到那顆小行星的到來。但我們沒有任何失敗的借口。

[1] 提丟斯-波得定律。

[2] 常簡稱為海外天體，指太陽係中身處位置或運行軌道超出海王星軌道範圍的天體。

[3] 經過公開投票，2020年它已被正式命名為“共工星”，成為首顆以中文命名的天體。

[4] 本書完成較早，實際上至2020年9月，已知的潛在危險小行星共有2116顆。

[5] 因該事件發生於通古斯河附近而得名。——編者注