太阳系内部,并不平静

17-01-11

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太阳系内部,并不平静

地球是太阳的第三颗行星,它已经在太阳系内部围绕太阳运转了40多亿年。虽然不时会有太阳系边缘的彗星、小行星,或是其他天外来客闯入,总体来说太阳系内部是宇宙中少有的安全区域。人类曾经认为太阳系内天体的运转就如机械表一样易于预测,稳定不变,但随着对太阳系的理解越来越深,我们越是发现居住在太阳系的种种不确定和危险因素。
小行星撞击

太阳系位于银河系的边缘地带。我们站在太阳系内第三颗行星地球的表面仰望星空,扁平圆盘状的银河在夜空中就显现为一条玉带,这就是我们所居住的星系。太阳系内部唯一的恒星太阳对于人类的生存可以说至关重要又恰到好处,它比银河系中最常见的红矮星更大更明亮,而又不至于太大而导致过热和燃烧过快。太阳系在银河系圆盘中的边缘位置也正是生命可以存在的关键因素之一,这让地球可以更少受到宇宙中激烈天体活动的影响,有一个相对稳定、平缓的环境。
星系边缘的宇宙环境要比星系中心平静得多。银河系中心的超巨型黑洞Sagittarius A*利用自身引力维系着整个星系,在黑洞周围,银河系内最明亮的区域,也正是整个银河系中最危险的地方。除了任何接近中心的物质都可能被吸进黑洞之外,在黑洞周围还充满了各种致命的辐射,这个区域中气体的密度正在逐渐升高。根据宇宙学家的预测,几亿年后最终会在黑洞周围形成大量的恒星,并发生大量的超新星爆炸,随后又会有大量的物质进入黑洞,并随之发出剧烈的辐射——这种以大约5亿年为一周期的激烈的循环往复使得在银河系的中心区域根本没有生命形成的可能。

美国物理学家路易斯·阿尔瓦雷茨在实验室中准备用于探测放射性的盖革计数器
但地球上暂时的安静也并不代表永久的安全,在地球40多亿年的历史中,曾经数次遭受来自宇宙的灭顶之灾,多次生物大灭绝都可能与此有关。地球上的生物是由其周围的环境和气候所塑造,而地球的环境,则是由更为伟大的足以造成地质变迁的力量所塑造。这种力量,可能来自足以促使火山爆发的地心,也可能来自太空,其中来自太空中小行星(或巨型陨石)的撞击是人们能够想象的最为惨烈的情况。
在1980年,诺贝尔物理学奖得主路易斯·阿尔瓦雷茨(Luis Alvarez)和他的儿子在进行地质研究时,发现在白垩纪与第三纪交接的地层中铱元素的含量远远高于正常标准,于是他做出了一个惊人的猜想:恐龙可能是因为地球受到一个巨型陨石的撞击而灭绝的。这个猜想随后有了越来越多的证据支持,当年撞击形成的陨石坑1991年也终于在墨西哥被发现,这些富余的铱元素正是来自这个毫无征兆撞击地球的巨型陨石。
这颗直径大约为10公里的巨型陨石轻松突破了地球大气层的防护撞入地壳,不仅可能在当时造成了附近的地震和海啸,它撞击的能量相当于上百万颗氢弹爆发,可能还引发了全球性的野火。撞击所激起的灰尘遮蔽住阳光,造成短时间内全球温度骤降,使得本来就已经式微的恐龙最终灭绝。
人们更关心的问题在于,是否还会有某颗小行星或巨型陨石撞击地球,造成人类的灭亡?长远来看,这只是个时间问题。地球大气层可以阻挡住大多数的小型陨石,使它们在进入大气层时发生燃烧,不会对地表造成太大伤害,但是面对巨型陨石时则毫无办法。人类对于这样的灭顶之灾或许还没有解决的办法,但是如果真的有一个巨型陨石逼近,人类起码不会如恐龙一样无知无觉。位于东京的非营利组织“日本空间防卫协会”(Japan Spaceguard Association)随时都在监视着地球附近的小行星,除此之外,美国航空航天局空气动力实验室的“近地物体项目”(Near Earth Object Program),也专门监视在地球附近的小天体运行情况。
目前这个项目已经发现了地球附近的1.5万个小行星,这个数字还在以每周30个的速度增长。第1.5万个近地小行星被命名为“2016 TB57”,它在2016年10月13日被发现。当这个只有几十米宽的小行星在2016年10月31日飞临地球时,它与地球的距离只相当于地球和月球距离的5倍。
起码现在我们还不用太过担心。美国航空航天局行星防御官员林德利·约翰逊(Lindley Johnson)表示,在未来100年里地球受到来自小行星的威胁并不大,我们已经发现了附近大多数较大的小行星,而较小的小行星对于地球并没有太大威胁。当然不是所有人都同意美国航空航天局科学家的观点,同样对小行星探测充满兴趣的前微软首席技术专家内森·迈尔沃尔德(Nathan Myhrvold)就认为美国航空航天局用于探测近地小行星的一些望远镜精确性不够,可能导致获得数据的误差过大,而利用不同的电脑模型进行模拟也可能得出完全不同的结果。
星际尘埃

有很多种可能会造成全球性的气温降低,进而导致生物大规模灭绝,遮挡阳光的尘埃并不一定来自地球,也可能来自宇宙。宇宙尘埃中可能并不是充满小石块和冰块,可能更像是烟雾般,布满从只有几个分子大小到只有0.1毫米大小的小颗粒。太阳系自身以每秒220公里的速度在宇宙空间中穿行,而宇宙空间绝非如人们所想象的那样空旷,一旦遇到星际尘埃,有可能意味着人类的灾难。
天文学家们在新生恒星的周围通常会发现较多的星际尘埃,这些尘埃本身是构成行星的重要材料,它们对于人类可能造成的影响远不止遮挡住天文学家们观测天体时的镜头。宇宙尘埃本身也是宇宙中物质循环的一个环节。超新星爆发所产生的物质会由于引力原因逐渐聚集在一起,越聚越多,最终形成恒星和行星组成一个星系。当恒星逐渐死亡时,可能又逐渐变为红巨星,在整个星系中产生出宇宙尘埃,最终又发生超新星爆炸,重新孕育新的恒星的诞生。太阳系内部的行星之间也分布着一些尘埃。1967年,美国航空航天局的“水手4号”飞行器(Mariner 4 spacecraft)在地球附近的宇宙空间中飞行,不慎进入到一小片行星间的尘埃之中。在短短45分钟的时间里,它就受到众多小石块的攻击,使飞行器受到损伤,并被改变了运行方向。太阳系内部这些浓厚的尘埃,大多数是由太阳系内的彗星产生的,也有些是由小行星之间相互撞击产生,这有可能威胁到宇航员的安全,把它们尽可能地标记出来对于人类在太阳系内的旅行至关重要。但如果整个太阳系都进入到一片巨大的星际尘埃之中,一切都将显得徒劳。
英国天文学家威廉·麦克雷(William McCrea)在1975年就提出了这个观点,如果地球穿越宇宙中的一片星际尘埃带,将意味着重新回到冰川世纪。美国天文学家米切尔·博戈尔曼(Mitchell Begelman)和英国天文学家马丁·里斯(Martin Rees)也指出,如果真的发生这种情况,由于臭氧层被耗尽,太阳的紫外线光将毫无阻碍地到达地面,造成地球生物的灭绝。有科学家猜测,地球上曾经发生的数次生物大灭绝中,有几次都可能和地球穿越宇宙空间的尘埃带有关。
第九行星

太阳系中的危险还不止于此,因为它自身并不处在一个稳定不变的状态,人类目前对于太阳系的了解也还远远不够。关于太阳系,有两个流传甚广的猜想或传说,始终困扰着天文学家,想要验证这两个猜想或传说的真伪并不容易,因为这可能恰好超出了现代天文学的观测能力,而它们又都与地球的安危息息相关。
“涅墨西斯”(Nemesis)是希腊神话中冷酷无情的复仇女神的名字,在天文学中,这个名字同样有一个不祥的意味。涅墨西斯星是人们想象中太阳的一颗非常暗淡的红矮星或褐矮星伴星。在想象中它与太阳的距离时远时近,每次当它靠近太阳,带来的可能会是冷酷无情的死亡。
天文学家们设想出涅墨西斯星的存在,是为了解释地球上周期性的生物大灭绝。在1984年,加州大学伯克利分校的物理学家理查德·马勒(Richard Muller)提出设想,距离太阳1.5光年之外的一颗红矮星可能就是地球上的生物大约每2600万年就发生一次灭绝的主要原因。之后也有人设想,这颗太阳伴星的运行轨道受到太阳的影响,光芒也非常黯淡,因此无法被人类所观察到,它的质量可能也很小,只有木星的几倍。
天文学家怀疑涅墨西斯星有可能会影响到太阳系边缘的奥尔特星云。如果这颗假想中的红矮星每2600万年接近一次奥尔特星云,那么受到它的影响,奥尔特星云中巨大数量的冰块就有可能融化,然后会如羊群般被驱赶到太阳系的内部,从而使地球受到意外袭击的概率大大增高。出于同样的道理,在太阳系边缘柯伊伯带中众多的小行星和石块也可能受到涅墨西斯星的影响,周期性地进入太阳系内部袭击地球。
实际上,这颗别名为“死星”的太阳伴星更可能只是存在于人们的想象中。从1997到2001年,天文学家们在“2微米全天巡天”(Two Micron All-Sky Survey)项目中,花了4年时间在美国和智利利用两台望远镜在红外频段观测全部的天空,他们在太阳系之外发现了173颗褐矮星,但是这些暗淡的星星都距离太阳系太远,不可能成为太阳的伴星。
相比于想象中的涅墨西斯星,另一个关于太阳系的猜测正越来越成为天文学研究的热门话题,一旦被证实,它可能给地球带来类似的威胁——这就是关于太阳系内的第九行星。
美国天文学家克莱德·汤博(Clyde Tombaugh)在1930年发现的冥王星,成为太阳系的第九颗行星。到了2006年,冥王星因为不符合国际天文联合会制定的行星标准而被降格为矮行星,从此太阳系中行星的数量又回到了8颗,但是关于太阳系中神秘的“X行星”的传说,始终流传在天文学家之间。最近,天文学家们找到了太阳系内一颗遥远且巨大的“X行星”可能存在的最新证据。
2003年以来,天文学家们陆续发现柯伊伯带中一些小天体的运行轨道不仅狭长还经常出现变化,而且它们与太阳系的平面呈现出一个夹角。在这个区域,太阳和其他大行星的引力作用非常微弱,它们更有可能是受到了其他因素的影响。2016年1月,加州理工学院的两位行星科学家麦克·布朗(Michael Brown)和康斯坦丁·巴特金(Konstantin Batygin)发表论文,报告他们通过计算机模拟,认为在太阳系的边缘可能还存在着一个巨大的“X行星”(或称“第九行星”)。这颗巨大的行星质量可能达到地球的10倍,大约每1.5万年绕行太阳一周,它与太阳之间最近的距离会是地球与太阳间距离的200倍。据猜测,这颗行星可能是在太阳系形成的早期,因为行星之间的相互撞击,从太阳系内部被撞到边缘,从此沿着一条漫长的轨道缓慢运行,但是它巨大的质量可以影响到太阳系边缘一些天体的运行轨道。
每到夜里,地球上无数的望远镜都指向夜空,很多天文学家和天文学爱好者都希望能够发现假想中的第九行星。第一个发现这颗行星的人固然会名留青史,但是这颗行星如果真的存在,它距离太阳时远时近的运行轨道也有可能把柯伊伯带的小行星、石块和冰块牵引到太阳系内部,给地球带来巨大的危险。

爱乐洪哥

莫听穿林打叶声,何妨吟啸且徐行。竹杖芒鞋轻胜马,谁怕?一蓑烟雨任平生。 料峭春风吹酒醒,微冷,山头斜照却相迎。回首向来萧瑟处,归去,也无风雨也无晴。

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