巴林杰隕石坑被認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探測器伸出機械臂，為即將進行的采樣工作進行了測試。這個2016年踏上旅程的探測器的目的地是小行星貝努，計劃于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節(jié)點。而人們對小行星的好奇，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)生在真實世界里。地球上一些巨大的隕石坑，就是它們當年造訪地球時留下的印記。

作為茫茫宇宙的一員，無法獨善其身的地球一直接受著來自空間環(huán)境的各種“饋贈”。從天外來客到太陽輻射，它們到底對地球產(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，有一個外表很壯觀的大坑。大坑的直徑約1240米，深度約170米。這個坑就是著名的巴林杰隕石坑。

早在1891年，美國地質學家偶然發(fā)現(xiàn)了這個環(huán)形巨坑。起初，科學家認為它可能是一個死火山口。10多年后，采礦工程師巴林杰對這一巨坑產(chǎn)生了強烈興趣。

巴林杰堅信，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)科學家推算，大約5萬年前，一顆直徑約50米、重達30萬噸的小行星，以每秒25公里的速度沖進地球大氣層，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，論證巨坑成因為隕石撞擊。但事實上，直到1960年左右，尤金·蘇梅克等人才在巨坑中找到了最關鍵的撞擊證據(jù)——柯石英和斯石英。

“這兩種礦物只會在含石英的巖石受到瞬間巨大壓力時才會產(chǎn)生，就目前所知，只有在撞擊事件和核試驗的環(huán)境下才可能形成。”中國科學院院士、南京大學教授陳颙說道。據(jù)測算，形成巴林杰隕石坑的這次撞擊所產(chǎn)生的能量，相當于廣島原子彈爆炸的150倍。

蘇梅克對巴林杰隕石坑的研究方法和發(fā)現(xiàn)的關鍵證據(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，在地球上約有150個依然可以辨認出來的大撞擊坑，其中直徑大于100公里的僅有5個。

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。

物理學家阿爾瓦雷茨發(fā)現(xiàn)，全世界生成于距今6500萬年時期的黏土中，銥的含量大幅增加。他認為，這些銥元素來自地球以外，是小星體碰撞地球時帶來的，碰撞的時間在中生代的白堊紀(K)和新生代的第三紀(T)之間，據(jù)此提出了地質學上著名的K-T線。

所謂K-T線，是指介于白堊紀和第三紀之間的界線。界線，意味著代紀的更迭、物種的消亡與新生。白堊紀末期，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。這一場大災難因何而起?

在阿爾瓦雷茨看來，這場災難是由小行星撞擊導致的。據(jù)推測，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了地球大氣層。這次異常猛烈的撞擊，導致地球上長時間灰塵蔽日，生物史上的一個時代就此結束。

阿爾瓦雷茨提出的是一個假說。為了驗證這一假說，需要找到小行星撞擊地球時留下的隕石坑。上世紀80年代，人們終于在墨西哥灣找到了6500萬年前形成的一個大坑。因為它被1200米的沉積巖所覆蓋，所以比較難以發(fā)現(xiàn)。

“在K-T界限的時候，一個石頭砸過來，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)科學家相信，中生代和新生代分界的生物滅絕，是因為撞擊事件造成的。

白堊紀的故事可能聽上去有些遙遠。而事實上，即使在今天，小行星撞擊地球的風險依然存在。NASA觀測數(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。

對于如何防止來自“近鄰”的侵擾，科學家也一直在想辦法。比如，歐盟提出了防御小行星項目“近地軌道防護盾”計劃，擬在2020年以前正式實施。該計劃旨在通過導彈炸毀、引力牽引和主動碰撞等多種手段，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)境還以另一種相對隱蔽的方式影響著地球。

刮風下雨，地面上的這些天氣變化，大家并不陌生。其實，日地空間里也有天氣變化。突發(fā)性太陽活動，比如太陽黑子、耀斑等，引起的日地空間環(huán)境高度動態(tài)的短時間尺度的變化，被稱作空間天氣。

太陽離地球那么遠，突發(fā)性的太陽活動會對地球上人們的生產(chǎn)生活產(chǎn)生什么影響呢?災害性的空間天氣會對航天系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)、電力和能源系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重影響，還會對地面天氣和氣候系統(tǒng)產(chǎn)生較明顯的影響。

為了說明太陽活動對地球的影響，陳颙舉了1989年3月發(fā)生的北美大停電的事例。3月對北美地區(qū)來說還是很冷的時節(jié)。在那個深夜，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，度過了一個寒冷而恐懼的夜晚。當時，停電情況持續(xù)了約9個小時。

不久，NASA出面證實了這是因為太陽發(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)的物質正對著地球上的北美地區(qū)，因此對該地區(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。

事實上，這次太陽風暴的強度尚不及1859年太陽耀斑事件強度的三分之一。有科學家預估，如果1859年耀斑事件發(fā)生在今天，它很可能會徹底摧毀人類現(xiàn)代化的科技基礎設施。

突發(fā)的、災害性的空間天氣變化，無疑給衛(wèi)星運行、通信、導航和電力系統(tǒng)安全帶來了挑戰(zhàn)。而揭示災害性空間天氣的整體變化規(guī)律，提供高精度、高時變的空間天氣數(shù)值預報，是目前極富挑戰(zhàn)性的國際前沿課題之一。

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