星闻星语

艺术家笔下的导致白垩纪-第三纪灭绝事件的小行星撞击地球的情景；”赛丁泉“彗星拥有的能量是这颗小行星的10-100倍左右

　　”所有火星公民请注意，所有火星公民请注意，一颗巨大彗星即将撞击火星，将造成全球性的灾难。请尽快就近寻找地下庇护所……“2014年10月中旬，来自火星最高行政当局的紧急警报响彻整个火星，火星人绝望地四处寻找藏身之地。与此同时，直径数十公里的”赛丁泉“彗星以每小时20万公里的超高速度直奔火星而来。19日世界时21时前后，撞击不可避免地发生了，1000000000000颗广岛原子弹同时爆炸才具有的能量夷平了大半个火星的所有建筑，数亿吨的岩石瞬间被气化，撞击点周围形成了一个宽500公里、深2公里的大坑。在2亿公里外的地球，环太平洋地区的人们恐惧地看到天空中出现了第二个”太阳“，科学家们欣喜若狂地在计算机前指指点点，谈论着这数百万甚至上千万年才发生一次的罕见事件，各国政治家们在人们的催促下，连夜开会讨论组建全球小天体预警防范网络，防止类似的事情在地球上发生。

　　以上的场景并不完全是虚构的：俄罗斯天文学家 Leonid Elenin 日前发贴指出，2013年发现的第一颗彗星—— C/2013 A1 (Siding Spring)（顺带一提，发现地就是今年初差点被火烧掉的著名澳洲天文台），将在2014年10月19日世界时21时（北京时间10月20日5时），以15个火星直径的距离掠过火星，而且由目前计算的轨道来看，不能排除撞击火星的可能性。不过对火星人的好消息是，火星在茫茫太空中仍然是非常微小的一个目标，根据目前的轨道根数估计，我认为撞击发生的概率在十万分之一这个量级。但是，如果这十万分之一的概率成真，那效果是很可观的：”赛丁泉“彗星具有一去不复返的双曲线轨道；它体积也不小，发现的时候还在木星轨道以外，粗略估计其彗核直径可能有数十公里之巨。最关键的是，它是一颗不太常见的逆行彗星，对火星来说，相当于”迎头相撞“。因此，”赛丁泉“彗星具有的能量大约相当于一亿亿吨TNT的爆炸当量——这相当于一万亿颗广岛原子弹同时爆炸或者一百颗灭绝恐龙的小行星同时撞击地球产生的效果；在地球上看，它撞击火星时产生的光亮将达到负21等左右，这相当于满月亮度的1500倍！

　　当然，最可能发生的情况时，随着观测数据的增加，”赛丁泉“彗星撞击火星的可能性会被完全排除，它将成为火星人的天文盛宴：如果彗星不发生意外情况，那它最靠近火星的时候，从火星表面观察，其亮度至少相当于地球上看新月的亮度。如果它能到15个火星直径的距离，那它的亮度将超过上弦月，甚至可以照亮火星的夜空。最起码，它将成为”好奇号“和”机遇号“火星车，甚至那几枚环绕火星运行的轨道飞行器的绝佳观察目标。

　　我们是否有可能目睹人类文明史（甚至是数千万年以来）最不可思议的天象呢？这要等待时间老人为我们解答了。

　　根据 CBET 3423 报道，以捷克天文学家 Jiri Borovicka （注：这位学者是目前流星圈还在世的学者中首屈一指的大牛）为首的小组正式发布了关于车里雅宾斯克陨星精确轨迹的初步测量结果，陨星燃烧阶段的起止位置以及几个闪耀(flare)发生的具体位置如下表所示，误差1千米：

Relative Longitude Latitude Height Velocity Notes
Time (s) (deg E) (deg N) (km) (km/s)

0.00 64.266 54.508 91.83 17.5 beginning of
registration
9.18 61.913 54.788 41.02 17.5 minor flare
11.20 61.455 54.836 31.73 17.5 major flare
12.36 61.159 54.867 25.81 17.5 flare
13.20 60.920 54.891 21.05 12.5 minor flare
16.20 60.606 54.922 14.94 4.3 end of
registration

　　根据闪耀发生的位置以及数模分析的结果，Borovicka认为，到达地面的最大的陨石重约200-500公斤，位于Chebarkul湖湖底，大多数的细小碎片应该分布在轨迹以南5公里之内。陨星的地心辐射点为赤经 334.7 +/- 1.2 deg，赤纬 -1.0 +/- 1.4 deg (J2000)，地心速度为 13.2 +/- 0.7 千米/秒，轨道根数如下：

Orbit: a = 1.55 +/- 0.07 AU e = 0.50 +/- 0.02
q = 0.768 +/- 0.011 AU Q = 2.33 +/- 0.14 AU
(equinox 2000.0) Peri. = 109.7 +/- 1.8 deg Node = 326.41 deg
i = 3.6 +/- 0.7 deg

陨星坠落后留下的尾迹。图片：Nikita Plekhanov

　　2月15日当地时间9时许，一颗直径15米左右的小行星在从太阳方向穿越地球轨道的时候”不慎“和地球撞了个满怀，在距离地面20-30公里的高空爆炸解体，其释放出的能量相当于好几个广岛原子弹。到目前（2月16日北京时间7时）为止，陨星已经造成超过1200人受伤，约3000栋建筑物遭到不同程度的损坏。面对这一不太常见的现象，各种各样的说法满天飞，从天文学家渎职到美国武器试射，不一而足。尽管目前已经整理出的观测数据只是冰山一角，但起码我们已经可以较为肯定地回答一些疑问了。我就不妨借着这个机会，和大家讨论一下和陨星有关的那些事儿。

　　首先，以下是截至北京时间（下同）16日清早的消息更新：根据我们组的次声探测网络的初步结果，陨星空爆的精确时间为15日11:20:26，整个事件的爆炸当量约为47万吨TNT，相当于著名的通古斯事件（下限为300万吨TNT）的十分之一左右。母体小行星的直径约为15米，质量约为7000吨，空间速度约为18公里/秒。另外，这次事件造成的主要破坏，并不直接来源于陨星本身，而是陨星爆炸的冲击波到达地面之后引发的灾害。

陨星、陨石、流星、流星雨、小行星、彗星之间是什么关系？

　　陨星和陨石的中文定义比较模糊。根据《汉典》的解释，陨星和陨石均指落地未燃尽的大流星体（或者小的小行星）。一般来说，”陨石“的说法更常见一些。陨星或陨石有大有小，但一般直径都在数厘米到数米不等。我的理解是”陨星“应该指陨石落地前的阶段，因为”陨“字可作动词解，比如《汉书》：“继以陨星流彗，维填上见……”（卷七十五）

　　流星指星际空间中较小的固体颗粒（一般称流星体）进入大气层时摩擦发光的现象。流星体的直径约在十万分之一米到一米之间，一般在90-100公里的高度就燃尽了。流星雨，笼统的说，是许多流星一同出现的现象。

　　小行星和彗星是太阳系小天体中较大的成员，它们比流星体大，但比大行星和矮行星要小，直径由数百米到数百公里不等。流星、流星雨和陨石（陨星）大多来源于它们。

　　总结起来就是：小行星和彗星产生流星和流星雨，小的小行星或者大的流星体可以落到地面而成为陨石。

看来小行星真会毁灭地球啊？我们有什么应对方案？

　　根据目前的观测数据推断，造成车里雅宾斯克事件的小行星，直径仅在15米左右，但已经对人员生命财产安全造成了不小的影响。更大的小行星当然危害更大。近代文明史上最大的这类事件—— 1908年的通古斯事件，焚毁了撞击点周围50多公里内的约6千万棵树木，据估计系一颗直径约100米的小行星或小彗星造成。科学家们将直径140米以上、到地球最小距离小于750万公里的天体称为”潜在威胁天体“(potentially hazardous object, PHO)。这些天体如果撞击地球，将可能对较大的区域造成毁灭性的影响。目前已知的潜在威胁天体有近1500颗之多，不过它们起码短期内都不会对地球造成直接威胁。

　　目前我们唯一的应对手段是寻找并发现它们。美国在这方面远远走在前面：由美国军方资助的多个近地天体搜寻项目从上世纪90年代就开始运行，发现了目前已知的绝大多数潜在威胁天体，但它仍然不能保证发现非常小的小行星（比如造成车里雅宾斯克事件的母体小行星）。2008年底发现的2008 TC3是历史上第一颗提前发现的直接撞击地球的小行星，其直径只有4米左右，这样大小的小行星撞击地球的事件估计每1年多一点就能发生一次。

　　好几部好莱坞大片涉及英雄摧毁即将撞击地球的小行星的情节。然而数年前我接触到一份数百页的NASA的报告，其结论大致是人类目前还无法完成这么牛的事儿。

天文学家们曾信誓旦旦的表示2012 DA14不会撞击地球，但又发生了这次陨星事件。他们说这次的陨星和2012 DA14无关，这是要给自己洗地吗？

　　很容易查到，2012 DA14的运行轨迹(从地面上看）是由南向北，而俄罗斯位于北半球中高纬度，不可能被2012 DA14或者任何与其轨道相近的天体击中。而且，造成车里雅宾斯克事件的天体系由东向西运行，运行方向和2012 DA14几乎垂直。由此可以看出，两件事的确只是”恰好“在同一天发生的。

现在科学技术如此发达，为何没有提前发现这颗小行星并做出预警？

　　最简单的答案：因为这颗小行星是从太阳的方向飞过来的，故人们没有提前发现。

　　另一方面，小行星的直径只有15米，仍然是太小了，它需要非常靠近我们才能显得足够亮，因此留给天文学家们发现它的时间非常短（根据经验，以现在的观测能力，这个”时间窗口“的长度大概是几天到一个星期左右），目前的近地天体监测网络只能做到大约一到两个月覆盖全天一次，显然并不足够。如前文提到的，类似2008 TC3的撞击事件几乎每年都在发生，但完善的巡天网络已经建立了十多年，却只发现一例，也可以说明目前观测能力的局限性。

有消息说这是美国人试验新式武器，如果不是因为俄罗斯空军进行了拦截，这次事件后果会更严重……

　　如果你看过流星的话，会发现这次事件的火流星和一般流星的视速度看起来差不多，从视频中反映的冲击波延迟现象来看，其出现高度也不低（简单的估算可以推导出其爆炸高度大概在几十公里这个量级）。流星体的速度在每秒二三十公里左右，即使打个对折，也有每秒十公里，这个速度已经接近挣脱地球-月球的引力系统了。除了行星际探测器之外，有什么人造物体需要跑那么快？或者说有哪个国家能精确拦截如此高速的物体？

为什么你不说是外星人飞碟坠毁什么的？

　　先不提专门研究流星、陨星的科学家对这样的现象如何见怪不怪，只要想想，一个能将飞行器加速到每秒18公里的文明居然不掌握基本的着陆技术，这也太菜了点呀……

陨星会伤人吗？是不是该买陨星保险了？

　　历史上有少量陨星夺命的记录，最著名的是1490年甘肃的陨石雨，死者”数以万计“。不过总的来说，被陨石击中仍然是个小概率事件。著名天文学家Alan Harris通过计算认为，一个人一生中被陨石击中的概率约为70万分之一，甚至略低于一个人一生中遇到一次空难的概率。他开会做报告时最爱讲的一个段子就是”我冒着更大的危险来宣传小行星撞地球的危险“。

科学家们是如何研究流星和陨星现象的？

　　流星/陨星科学处境很微妙，它研究的是天上的目标，但这些目标却有可能被人们拿到实验室里研究，从而获得其母体信息。乍看上去，流星科学似乎是天文学下的分支，但实际上它和大气科学以及地球科学的关系也非常密切。简单来说，天文学家们通过摄像、望远镜、雷达和次声等方式探测和研究流星体，这联系着太阳系小天体以及空间科学的领域；同样的数据也可以让大气科学家们获得流星层的大气信息（比如温度、风速风向、臭氧等），这联系着大气科学尤其是大气化学的领域；地球科学家们则大多研究陨石本身、陨石坑的演化以及它们对生物圈的影响，这就联系着地质学甚至是古生物学的领域了。

　　本文刚完稿时，我在微博上看到 @宝中堂 围绕这次老天暗中”放冷箭“的事儿写了个段子，实在写得太精辟了，于是在这儿冒昧引用，就算是个有趣的收尾吧：“我最近有一个构思。”“说来听听。”“故事说一颗小行星飞向地球，引起社会恐慌，科学家告诉人们，经过计算，小行星会从地球附近掠过，不会撞上，科学是不会有错的。最后果然没事。人们松了口气，正在此时，另一颗之前没发现的小行星撞向了地球……有意思吧！”“胡编乱造，怎么可能有这么巧的事！”

双子座流星雨流量年际变化，来自Jenniskens, Meteor Showers And Their Parent Comets, p.410

　　年度最佳流星雨——双子座流星雨又即将登场了。它在每年12月14日前后达到极大，峰值期间天顶流量可达每小时120-150颗（国际流星组织给出的值为120，目前看来应该偏保守了。这里给出的值参考了近年的研究工作，比如 Arlt & Rendtel, 2006, MNRAS, 367, 1721，以及题图）。

　　Steed在果壳网有篇非常好的观测指南，推荐有兴趣的朋友阅读，不过我还是在这里简单归纳一下观测条件：今年因为没有月光干扰，观测条件极佳，峰值预计落在14日7:30左右(北京时间）。但双子座流星雨全夜可观测，且极大期相当长，半极大全宽可达一天左右，且极大前后亮流星比例很高，所以13-15日观测条件都相当不错。甚至在光污染较严重的市区，理论流星数都有每小时十来颗左右。观测时无需特地选择观察方向，做好保暖工作即可。