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    2018-11-22 12:52:58  来源:科技日报

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    巴林杰陨石坑被认为是小行星撞地球留下的痕迹

    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。

    (编辑:WB0001)
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