主講人簡介

李競：中科院國家天文臺研究員，曾任中國天文學會理事；北京大學、北京師范大學、中科院研究生院兼 任 教授，主要從事恒星、銀河系和天文史的研究。

內(nèi)容簡介

我們都知道恐龍是出現(xiàn)在2.1億年前，恐龍又滅絕在6500萬年前。而這個地質(zhì)紀年在一百年來有很大進步，精確度越來越提高。而沒有發(fā)現(xiàn)任何一塊恐龍的化石，年齡短于6500萬年的，這已經(jīng)是事實。那就是說恐龍在6500萬年前，不知道因為什么事件，而突然地從地球上完全滅絕了?？茖W家通過推算認為，曾經(jīng)有一個直徑十千米的一個小天體，它以每秒40公里的速度，按照某一個入射角來撞擊地球。然后撞出了一個大坑。

當年這個坑在大陸，隨著滄海桑田，6500萬年過去了。這個坑已經(jīng)下沉到海底，而這次撞擊由于地球大氣的摩擦，它進入地球大氣以后，就變成了一個高溫的火燙燙的石頭。它就形成了一個氣柱，前頭是氣浪，這個氣浪是高達兩萬度，兩萬度是什么樣一個概念呢？兩萬度就是這個氣浪之所及，一切的東西空氣也好、水也好、恐龍也好、巖石也好，統(tǒng)統(tǒng)瞬間氣化了。

現(xiàn)在的問題就在這兒，當年的地球霸主恐龍滅絕了，而現(xiàn)在如果真有一個小天體撞擊地球，會怎么樣？我們?nèi)祟悜撛趺崔k？我愿意告訴大家，就是國際天文學會給天文學家的任務是組織好搜索網(wǎng)，勤于觀察，勤于跟蹤觀察，了解小行星的軌道和軌道的演變。如果這個小天體是個危險的小天體，是一個潛在危險的，希望給公眾五十年的預警期。這五十年做什么呢？五十年做好消災的一切準備，五十年的預警期，做怎么樣的消災準備呢？我們就要詳細研究軌道和軌道的演變，然后找出各種方法來消災。

全文

我們都知道恐龍是出現(xiàn)在2.1億年前，恐龍又滅絕在6500萬年前。而這個地質(zhì)紀年在一百年來有很大進步，精確度越來越提高。而沒有發(fā)現(xiàn)任何一塊恐龍的化石，年齡短于6500萬年的，這已經(jīng)是事實。那就是說恐龍在6500萬年前，不知道因為什么事件，而突然地從地球上完全滅絕了。最早的滅絕之說是根據(jù)達爾文學說，適者生存。認為恐龍受到了環(huán)境的改變，不適應，因此消失了。對于這個說法，天文學家提出了疑問，對達爾文學說提出了挑戰(zhàn)。

在1980年有一個諾貝爾物理獎獲得者，叫阿爾瓦列茨，美國籍的，可能是猶太人。他在全球做地質(zhì)樣本的放射性研究，全球去找地質(zhì)樣本來進行核物理的實驗，他就發(fā)現(xiàn)在地質(zhì)帶上有一層，這一層可能幾厘米厚、或者十幾厘米厚，這個樣本有一種元素叫銥。銥是比較重的元素，這種元素現(xiàn)在在地球表面上沒有。因為它重，已經(jīng)下沉到地幔之下了，所以自然界狀態(tài)的這個銥的含量非常之少。可是在一個地層中，這個銥的含量反常。阿爾瓦列茨就拿它來進行測驗，然后就用放射性元素方法，給這層地質(zhì)樣本來進行紀年，計算它的年齡。得到結果，就是這一層年齡，是6500萬年。這一層就被科學界叫做k/t界，k是白堊紀，t是第三紀，白堊紀的終了就是恐龍滅絕時候。所以，談到銥反常就談到k/t界，這個阿爾瓦列茨在全球許多地方來找這個化石樣本，都毫無例外，k/t界的銥元素是反常的。過了十年，一個資源衛(wèi)星在空中進行紅外掃描，可能還有雷達波的掃描，就發(fā)現(xiàn)在墨西哥灣的南端有個尤卡坦半島，在尤卡坦半島往海底伸，半島之南的海中探測出來有一個直徑是180公里的一個大坑，就是類似于月球上的環(huán)形山一樣的一個坑。這個蛙人下去取樣，然后到實驗室里去給它放射性紀年，結果就是說這個坑形成的年齡，形成的時候是6500萬年前。那這下子把三件事情就合在一起了，這三件事情合在一起，就成為其他的任何關于恐龍滅絕的假說所不能跟它比的，它能夠說明的事情最多。而根據(jù)這塊直徑是180公里的大坑，往回推算，就是當年曾經(jīng)有一個直徑十千米的一個小天體，它以每秒40公里的速度，按照某一個入射角來撞擊地球，因為這個可以從那個坑的樣子推算出來。

當年這個坑在大陸，隨著滄海桑田，6500萬年過去了。這個坑已經(jīng)下沉到海底，而這次撞擊由于地球大氣的摩擦，它進入地球大氣以后，就變成了一個高溫的火燙燙的石頭。它就形成了一個氣柱，前頭是氣浪，這個氣浪是高達兩萬度，兩萬度是什么樣一個概念呢？兩萬度就是這個氣浪之所及，一切的東西空氣也好、水也好、恐龍也好、巖石也好，統(tǒng)統(tǒng)瞬間氣化了。氣化就引起了周邊的大火，周邊的大火最后就蔓延成為洲際大火。洲際大火就造成了濃煙，就造成了所謂的核黑暗。這個核黑暗冷卻之后就造成了酸雨。因為巖石整個變成氣了，這樣一來呢，這個小天體帶來的銥就散布到全球。經(jīng)過一個長時間的核黑暗，而這個小天體前頭的沖擊波相當于120萬次八級地震，也相當于50億個廣島原子彈。這樣一場災難，恐龍大概是受不了。在撞擊點的附近，恐龍大概都氣化了。而隨著核黑暗，光合作用失效。光合作用失效的結果，所有的食草恐龍，當然就滅絕了。那么食肉恐龍也就沒有食物了，食物鏈整個就破壞了。所以在短短的一個時段，這個恐龍就滅絕了。這個時段有多長呢？這個時段也可能有一兩千年，不是說昨天出現(xiàn)了小行星撞擊，今天就滅絕了，不是這樣的。但是一兩千年這個時段，對于地質(zhì)史來說那當然是一瞬間，跟6500萬年這個時段來比還是一瞬間，所以應該說恐龍就是瞬間就滅絕了。

而所有的這些推論都是根據(jù)對于那塊隕星坑運算的回顧，就是小天體有多大？以多高的速度？以什么樣的入射角來撞擊？現(xiàn)在我們看見的是這個后果。那么小天體從哪兒來的？我們得講講這小天體的來源，在18世紀有兩個天文學家，一個叫提圖斯，一個叫波得，這兩個人彼此并不認識。那個時候也很少有像今日的科學交往，各自研究自己。他們不約而同就發(fā)生一個事實，這個事實是什么呢？就是太陽系的五大行星，當時還只知道金、木、水、火、土、五大行星，這五大行星包括地球在內(nèi)，六個天體跟太陽的距離是一個簡單的關系。這個簡單的關系可以用一個非常簡單的數(shù)學公式來描述，變數(shù)是n，這個沒有理論，完全是經(jīng)驗關系，是湊出來的。這個湊的結果，這個關系式跟實際情況對應得非常之好。我們看一看，先看頭四行，水、金、地、火，再加上木跟土，如果n要等于幾個整數(shù)，第一個是負無限大，然后是0、1、2、4、5的話，你們看看得到的結果，用簡單的公式就是0.4、0.7、1.0、1.6、10.0，這就是那個簡單的公式得的結果。而實際情況你們看看符合得多好，實際情況是觀測的結果，而理論結果差別很小，理論就那么簡單，符合得這么好。這里呢，就給天文學家提出了一個信息，就是當做n要等于3的時候，這距離上的2.8那個位置，就是地球是1，在離太陽到2.8的那段距離應該還有一個行星，可是現(xiàn)在沒有。那么自從提圖斯跟波得提出來這個學說之后，一些天文學家就要用望遠鏡去找，看看火星之外，木星之內(nèi)是不是還有一個行星沒有被人發(fā)現(xiàn)。就找這個失去了的行星，這是18世紀的事。

到了1801年1月1號，一個意大利天文學家拿望遠鏡也在那里搜尋，結果真正發(fā)現(xiàn)了一個天體。這個天體根據(jù)簡單的運算，就知道它是在火星之外木星之內(nèi)。真是找到了一個小天體，它跟太陽的距離是2.9。要按照提圖斯-波得定則，在2.8那個地方應該有個小天體，這個小天體2.9，軌道也接近于圓軌道。然后進一步計算，就要算出來它的大小。算出來大小之后，天文學家就大為失望，就是這個行星，因為它也是圍繞著太陽轉的，也近似圓軌道，這個行星的直徑不到一千公里，比月亮小多了，比地球小多了。那么這個行星能不能算做行星呢？因此，就給這樣的一個小天體起一個名字叫做小行星。在隨后的44年中，天文學家用望遠鏡用肉眼又發(fā)現(xiàn)了四個。

到1850年，天文學家開始不用眼睛觀天了。開始用照相底片作為輻射接受器，照相底片跟眼睛有很大不同，照相底片可以累計曝光。你眼睛只能看一瞬間。而照相底片可以長時間曝光，曝光幾分鐘，曝光上幾小時。這樣長時間地曝光，就可以看見更多的暗天體。正是由于掌握了一個新的技術，對于這個小行星的領域之內(nèi)，44年發(fā)現(xiàn)了四個小天體。可是后來半個世紀就一下子把這個總數(shù)增加到了450個，到了1949年雖然經(jīng)過了兩次世界大戰(zhàn)，很多天文學家都投筆從戎了，很多天文臺也都不能正常工作了。即便這樣子，在20世紀的上半葉也把450一下增到了1600。隨著到了20世紀末，天文學家又有一種新的輻射接受器，這個輻射接收器你們一定不陌生，就是你們數(shù)碼相機里的ccd。你們數(shù)碼相機不用膠片了，是用那個可以反復使用的ccd。天文學家在20世紀的90年代把ccd用到天文，作為輻射接收器，跟計算機聯(lián)網(wǎng)，連在一起。有了這個工具之后，因為移動天體怎么發(fā)現(xiàn)的呢？過去是照張底片，然后呢，把它擱在一邊，你再照張底片。如果新的這張底片中有小天體，這小天體呢，因為它在火星之外，木星之內(nèi)，它在天上有運動。你長時間曝光，你曝光二十分鐘，你是跟蹤了恒星，你可是沒跟蹤那個小行星，那個小行星在底片中就變成一個小長塊。然后把這個新照的底片跟舊的底片在實驗室里對比，一個底片中沒有這個小長塊，一個底片中出了這么一個小痕跡，發(fā)現(xiàn)了這個新的小行星，這就是這么發(fā)現(xiàn)的。而有了ccd之后，這些工作都不用人做了，全是計算機給做。計算機給你對比，你人要對比一張底片，可以用三小時才能對完，計算機一秒鐘就把這問題給你解決了。這個有了新的儀器之后，就事半功倍了。到了2000年年底，這數(shù)字一下就變成24萬，可不是天上的小天體多了，而是你工具改進了，這就是工具的改進促進了科學技術的進步。

我們看這個圖，左邊這個圖是在火星之外木星之內(nèi)，叫做小行星帶。40多萬個密密麻麻在這兒，由于它們體積小，最大的一個不超過一千公里，小的只有一米兩米，可能還有更小的。這些小石頭因為體積太小了，它們幾乎沒有一個是圓形的，都是一個不規(guī)則的像太湖石的樣子，這就是小行星普遍的形態(tài)?，F(xiàn)在出現(xiàn)了一個新名詞，小行星都在火星之外，它怎么會近地了呢？火星之外還隔著一大截，火星離我們并不近，如果地球到太陽的距離是1，火星到太陽的距離平均距離是1.5，木星到太陽的距離是5.2，地球到太陽的距離，光線要走8分19秒，那么火星到太陽的距離就是要走將近13分鐘，而木星到太陽的距離要走四十一二分鐘。所以火星到木星中間有個相當大的一個空間，它們都在那兒，怎么會跑到地球這兒來？怎么來的？

而確確實實曾經(jīng)有過來的小行星，像使恐龍滅絕的小行星。如果真是這樣的話，跑到地球而且撞上地球，天文學家就把這樣的小天體，這樣的小行星叫做近地小行星。它們怎么近地的？原來它們是在火星之外，木星之內(nèi)一個圓軌道。當這樣的一個小行星如果它在軌道運行中走到了木星附近，被木星強大引力所擾動，這個在天文學里有個專有名詞，叫做攝動。這個結果就改變了這個小天體的軌道。改變了軌道之后，這個小天體有兩種命運。一種命運，這個小行星甩出內(nèi)太陽系，甩出這一環(huán)，跑到土星那邊去了，給甩出去了。另外一個可能，給甩進來了，無論甩出去還是甩進來，軌道都改變成了一個橢圓。依然以太陽作為軌道的一個焦點，這個橢圓原來是近圓軌道，經(jīng)過木星引力干擾變成橢圓的軌道，就有可能接近地球。所以小行星在火星之外跑到地球之內(nèi)一個重要原因就是木星引力場的作用，致使小行星的軌道改變。從它原來的主帶中，主小行星帶中跑到了太陽系里邊來了。它甚至于可以接近水星，可以接近金星，接近地球，接近火星。

那么今天這些數(shù)據(jù)怎么來的呢？這又有一個契機，就是1994年你們知道曾經(jīng)發(fā)生了一個事件，這個事件是人類所從來沒有經(jīng)歷過的，就是彗木碰撞。有一個彗星正好走到木星附近，而這個彗星又不是一個鐵疙瘩，而是個比較松散的、像太湖石這樣的一個松散的、一個固態(tài)的大石頭。由于走到木星附近，被木星的引力扯動了，它就變成了21個碎片。每個碎片大概都是一兩公里，這21個碎片就跟原來的整體質(zhì)量就差多了，如果平均分也是每一塊變成原來質(zhì)量的二十一分之一，質(zhì)量改變，就改變了軌道。改變了軌道，它回歸木星的時候，就繞不過去了，就撞到木星上了。這件事情被天文學家拿眼睛看到了，當然事先算出來了，確確實實看到了一個小天體撞到行星的樣子。人們就不禁發(fā)問，這是撞到木星了，如果類似情況撞到地球會怎么樣呢？這就變成一個引人關注的事情了，因此就在1994年國際天文學會的某一個專業(yè)，小行星專業(yè)，就專門召開了國際會議。這次國際會議是在意大利一個島上召開的，中國紫金山天文臺跟北京天文臺都有代表參加。參加之后，至少就形成了一個要建立近地小行星搜索網(wǎng)的共識。首先天文學家得發(fā)現(xiàn)它，發(fā)現(xiàn)它以后才能跟蹤看它的軌道，研究它的軌道的演變。如果有了緊急情況，那就要想辦法來消災。而小行星要撞擊地球，這件事情幾乎不可避免。之所以說不可避免，因為我們隨時隨地都經(jīng)過小天體的轟擊，就是流星，包括流星雨。它很小，就是毫米級的，落到地球上的流星跟流星雨的灰塵每年也給地球增加的分量超過十萬噸。以十萬噸為計的，來自天體的固態(tài)小質(zhì)點。而大一點的呢？這事情呢也并非極其罕見。拿發(fā)生在我們祖國大地的來說，在1976年3月8號那天早晨在吉林上空出現(xiàn)了一個火流星，這個火流星由于軌道傾角的關系，就串進地球大氣了，進入底層。然后在高空220公里處爆炸粉碎了，其中最大的一塊一千七百七十公斤，這塊大石頭就散落在吉林郊區(qū)。

另外一件事情，就是有名的通古斯事件。這件事情發(fā)生在將近一百年前，1908年6月17號，曾經(jīng)有一個六十米大小的，這比吉林隕石要大多了，六十米大小的，一個小天體，在8.5公里高空爆炸。這都是后來算出來的，根據(jù)后果算出來的，這個動能相當于一千萬噸tnt炸藥。那個事件是這樣子，當時全球的地震監(jiān)測儀器都記錄到那個地震波了。而且在它的南方，因為它是落到了西伯利亞的無人區(qū)，叫做通古斯。所以稱為通古斯事件，這就是現(xiàn)在的隕落地點周圍的情況，兩千平方公里樹木全是倒伏的。當它過了90年之后，就是1998年，過了90年，在當?shù)赜珠_了一次國際會議，這次國際會議再一次確認它并沒有一個大塊的實體落到地面上，而是沖擊波沖出來的。而周圍散落的塵埃，可以鑒定出來，確切它已經(jīng)氣化了，然后又降落在周圍地面。

現(xiàn)在的問題就在這兒，如果今后真不是狼來了，而是真有一個小天體撞擊地球，會怎么樣？我愿意告訴大家，就是國際天文學會給天文學家的任務是組織好搜索網(wǎng)，勤于觀察，勤于跟蹤觀察，了解小行星的軌道和軌道的演變。如果這個小天體是個危險的小天體，是一個潛在危險的，希望給公眾五十年的預警期。這五十年做什么呢？五十年做好消災的一切準備，五十年的預警期，做怎么樣的消災準備呢？第一首先是詳細地來研究軌道和軌道的演變。因為使得軌道變動的因素太多了，所以不斷地觀察，不斷地確切來預告今后的發(fā)展。

第二，如果碰撞是不可避免的，那么就要采取措施。措施的方案現(xiàn)在已經(jīng)有了。但是最好不要實施，咱們也沒有經(jīng)驗，也沒有做過實驗。這很難做實驗，所以才給五十年的預警期，如果經(jīng)過天文學家仔細地觀察跟認真地分析，它是石質(zhì)的小天體。這個小天體主要是石頭，那么如果是這樣的話，可以采取爆破的方法。比如說把它一分為二，一分為三?？梢赃h程去向它發(fā)射一個導彈，也可以飛近以后填裝爆炸物，只要它一分為二，最少得一分為二，或者一分為三之后，每一塊剩下的殘片都不再是原來的質(zhì)量了，今后的軌道就失之毫厘，差之千里。如果原來的軌道是奔著地球而來的，就會擦肩而過。這就是一種防災的方法，我們?nèi)藷o法勝天，像這樣的事情你不能不叫它來，但是防災可以有方法。如果它是一個鐵質(zhì)的，那可需要謹慎行動，如果對它起爆，弄不好反而要遭災。如果是鐵質(zhì)的話，現(xiàn)在天文學家提出的方案，就是派上飛行器去跟蹤它，比如跟它并行，跟它并行的時候終于有一個時刻，就是人造天體跟小天體的相對速度等于零。在這時候，甚至于可以用機械臂去推它一下，這個不是太難的事。兩個速度都等于零，相對速度等于零的時候，這個推它并不是要千斤之力，推它一下軌道就變了。我說的是容易，但人類還沒有這樣的實踐，科學還沒有這樣的實踐，因此還有五十年的預警期。

到現(xiàn)在為止科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有危險的近地小行星有四個，根據(jù)中國天文學家對四個小行星的觀測，根據(jù)軌道的計算和軌道演變的精確測定，五千年之內(nèi)保平安。但是并沒有說沒有第五個、第六個，因此要勤于觀察。你得盡職盡責地去發(fā)現(xiàn)小行星，找出小行星中的近地小行星。然后跟蹤觀察來研究它的軌道，這就是天文學家今天的職責，我的報告完了，謝謝大家！