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(cè)器伸出機(jī)械臂，為即將進(jìn)行的采樣工作進(jìn)行了測(cè)試。這個(gè)2016年踏上旅程的探測(cè)器的目的地是小行星貝努，計(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn)。而人們對(duì)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(shí)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(shí)留下的印記。

作為茫茫宇宙的一員，無法獨(dú)善其身的地球一直接受著來自空間環(huán)境的各種“饋贈(zèng)”。從天外來客到太陽輻射，它們到底對(duì)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(gè)外表很壯觀的大坑。大坑的直徑約1240米，深度約170米。這個(gè)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(gè)環(huán)形巨坑。起初，科學(xué)家認(rèn)為它可能是一個(gè)死火山口。10多年后，采礦工程師巴林杰對(duì)這一巨坑產(chǎn)生了強(qiáng)烈興趣。

巴林杰堅(jiān)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(gè)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?yàn)殡E石撞擊。但事實(shí)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(huì)在含石英的巖石受到瞬間巨大壓力時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，就目前所知，只有在撞擊事件和核試驗(yàn)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(cè)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(duì)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(jì)，在地球上約有150個(gè)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(gè)。

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(shí)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(shí)帶來的，碰撞的時(shí)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(chǎng)大災(zāi)難因何而起?

在阿爾瓦雷茨看來，這場(chǎng)災(zāi)難是由小行星撞擊導(dǎo)致的。據(jù)推測(cè)，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(zhǎng)時(shí)間灰塵蔽日，生物史上的一個(gè)時(shí)代就此結(jié)束。

阿爾瓦雷茨提出的是一個(gè)假說。為了驗(yàn)證這一假說，需要找到小行星撞擊地球時(shí)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(gè)大坑。因?yàn)樗?200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(shí)候，一個(gè)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?yàn)樽矒羰录斐傻摹?/p>

白堊紀(jì)的故事可能聽上去有些遙遠(yuǎn)。而事實(shí)上，即使在今天，小行星撞擊地球的風(fēng)險(xiǎn)依然存在。NASA觀測(cè)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(duì)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(xiàng)目“近地軌道防護(hù)盾”計(jì)劃，擬在2020年以前正式實(shí)施。該計(jì)劃旨在通過導(dǎo)彈炸毀、引力牽引和主動(dòng)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(duì)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(shí)，日地空間里也有天氣變化。突發(fā)性太陽活動(dòng)，比如太陽黑子、耀斑等，引起的日地空間環(huán)境高度動(dòng)態(tài)的短時(shí)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(dòng)會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(huì)對(duì)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(dòng)對(duì)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(duì)北美地區(qū)來說還是很冷的時(shí)節(jié)。在那個(gè)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(gè)寒冷而恐懼的夜晚。當(dāng)時(shí)，停電情況持續(xù)了約9個(gè)小時(shí)。

不久，NASA出面證實(shí)了這是因?yàn)樘柊l(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(duì)著地球上的北美地區(qū)，因此對(duì)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(shí)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(huì)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(yùn)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(shí)變的空間天氣數(shù)值預(yù)報(bào)，是目前極富挑戰(zhàn)性的國際前沿課題之一。