接受外太空的“馈赠” 没你想象的愉悦

唐 婷

来源：2018年11月22日科技日报

　　近日，美国国家航空航天局（NASA）的OSIRIS-Rex探测器伸出机械臂，为即将进行的采样工作进行了测试。这个2016年踏上旅程的探测器的目的地是小行星贝努，计划于2023年携小行星样本返回地球。

　　这只是人类探索小行星的一个节点。而人们对小行星的好奇，一部分由于它可能给地球带来的威胁——小行星撞地球不仅出现在科幻电影里，也曾发生在真实世界里。地球上一些巨大的陨石坑，就是它们当年造访地球时留下的印记。

　　作为茫茫宇宙的一员，无法独善其身的地球一直接受着来自空间环境的各种“馈赠”。从天外来客到太阳辐射，它们到底对地球产生哪些影响？

　　见证历史的陨石巨坑

　　美国亚利桑那州，一片平坦高原上，有一个外表很壮观的大坑。大坑的直径约1240米，深度约170米。这个坑就是著名的巴林杰陨石坑。

　　早在1891年，美国地质学家偶然发现了这个环形巨坑。起初，科学家认为它可能是一个死火山口。10多年后，采矿工程师巴林杰对这一巨坑产生了强烈兴趣。

　　巴林杰坚信，巨坑是陨石撞击而成的。为寻找“肇事”的陨石主体，巴林杰投入大量人力物力，最终却未能如愿。他是首个指出巨坑为陨石撞击坑的人，巨坑后来以他的名字命名。

　　据科学家推算，大约5万年前，一颗直径约50米、重达30万吨的小行星，以每秒25公里的速度冲进地球大气层，撞击了如今的美国亚利桑那州，形成了今天人们所看到的巨坑。

　　尽管早在1906年，巴林杰发表了论文，论证巨坑成因为陨石撞击。但事实上，直到1960年左右，尤金·苏梅克等人才在巨坑中找到了最关键的撞击证据——柯石英和斯石英。

　　“这两种矿物只会在含石英的岩石受到瞬间巨大压力时才会产生，就目前所知，只有在撞击事件和核试验的环境下才可能形成。”中国科学院院士、南京大学教授陈颙说道。据测算，形成巴林杰陨石坑的这次撞击所产生的能量，相当于广岛原子弹爆炸的150倍。

　　苏梅克对巴林杰陨石坑的研究方法和发现的关键证据，为此后陨石撞击坑的鉴定提供了范例。受后来的地质过程影响，大多数地球早期的撞击坑被磨灭消失了。据不完全统计，在地球上约有150个依然可以辨认出来的大撞击坑，其中直径大于100公里的仅有5个。

　　陈颙举例道，位于加拿大魁北克省的曼尼古根陨石坑，直径约100公里，是目前地表上已知第五大的陨石坑。它是在约2.1亿年前，由一颗直径约5公里的天体撞击形成。

　　恐怖的第五次生物大灭绝

　　小行星撞地球，留下的不仅仅是陨石坑，可能还带来了一些稀有元素。比如在元素周期表上排第77位的铱。

　　物理学家阿尔瓦雷茨发现，全世界生成于距今6500万年时期的黏土中，铱的含量大幅增加。他认为，这些铱元素来自地球以外，是小星体碰撞地球时带来的，碰撞的时间在中生代的白垩纪（K）和新生代的第三纪（T）之间，据此提出了地质学上著名的K-T线。

　　所谓K-T线，是指介于白垩纪和第三纪之间的界线。界线，意味着代纪的更迭、物种的消亡与新生。白垩纪末期，发生了第五次生物大灭绝事件，一度主宰陆地的恐龙也未能逃脱。这一场大灾难因何而起？

　　在阿尔瓦雷茨看来，这场灾难是由小行星撞击导致的。据推测，约6500万年前，一颗直径在10—30公里间的小行星以每秒20—40公里的速度一头扎进了地球大气层。这次异常猛烈的撞击，导致地球上长时间灰尘蔽日，生物史上的一个时代就此结束。

　　阿尔瓦雷茨提出的是一个假说。为了验证这一假说，需要找到小行星撞击地球时留下的陨石坑。上世纪80年代，人们终于在墨西哥湾找到了6500万年前形成的一个大坑。因为它被1200米的沉积岩所覆盖，所以比较难以发现。

　　“在K-T界限的时候，一个石头砸过来，形成了迄今为止所知道的在地球上发生的最大的能量事件。”陈颙说道，目前绝大多数科学家相信，中生代和新生代分界的生物灭绝，是因为撞击事件造成的。

　　白垩纪的故事可能听上去有些遥远。而事实上，即使在今天，小行星撞击地球的风险依然存在。NASA观测数据显示，在已知的近地小行星中，约有1000颗直径超过1英里（约1.6公里），约有1.95万颗直径超过100米。

　　对于如何防止来自“近邻”的侵扰，科学家也一直在想办法。比如，欧盟提出了防御小行星项目“近地轨道防护盾”计划，拟在2020年以前正式实施。该计划旨在通过导弹炸毁、引力牵引和主动碰撞等多种手段，防范近地小行星撞击地球。

　　不期而至的北美大停电

　　和显而易见的撞击相比，空间环境还以另一种相对隐蔽的方式影响着地球。

　　刮风下雨，地面上的这些天气变化，大家并不陌生。其实，日地空间里也有天气变化。突发性太阳活动，比如太阳黑子、耀斑等，引起的日地空间环境高度动态的短时间尺度的变化，被称作空间天气。

　　太阳离地球那么远，突发性的太阳活动会对地球上人们的生产生活产生什么影响呢？灾害性的空间天气会对航天系统、无线电系统、电力和能源系统、军事系统产生严重影响，还会对地面天气和气候系统产生较明显的影响。

　　为了说明太阳活动对地球的影响，陈颙举了1989年3月发生的北美大停电的事例。3月对北美地区来说还是很冷的时节。在那个深夜，北美地区的人们先是看到了极光，随后加拿大魁北克地区突然发生了大规模的停电。有600万人在很低纬度的位置，度过了一个寒冷而恐惧的夜晚。当时，停电情况持续了约9个小时。

　　不久，NASA出面证实了这是因为太阳发生了一次日冕大爆发事件，而且爆发是有方向性的。喷发的物质正对着地球上的北美地区，因此对该地区的电力系统和通讯系统形成了巨大的影响，造成了大停电。

　　事实上，这次太阳风暴的强度尚不及1859年太阳耀斑事件强度的三分之一。有科学家预估，如果1859年耀斑事件发生在今天，它很可能会彻底摧毁人类现代化的科技基础设施。

　　突发的、灾害性的空间天气变化，无疑给卫星运行、通信、导航和电力系统安全带来了挑战。而揭示灾害性空间天气的整体变化规律，提供高精度、高时变的空间天气数值预报，是目前极富挑战性的国际前沿课题之一。