极限科学：幸运一击

5 万年前，一块直径超过 100 英尺、由镍和铁组成的致密陨石进入地球大气层。它以每小时 45,000 英里的速度冲向地表，撞上了北美茂密的森林。撞击在现在的亚利桑那州北部留下了一个大洞，深 590 英尺，宽 0.75 英里。

今天，我们称其为陨石坑。它让一代又一代的人着迷，但我们对小行星这一现象的了解才刚刚开始，正是这一现象造就了这一非凡的陨石坑。为了真正了解这一自然奇观，《大众科学》杂志派出极端科学记者杰克·罗珀带我们进行了一次视频之旅。

为了了解陨石坑发生的事情，我们必须回到太阳系的起源。当太阳刚刚形成时，尘埃和气体开始围绕新恒星旋转。这些微小物体相互碰撞，在不断碰撞的过程中形成越来越大的物体。其中许多变成了行星及其卫星，但也有一些被遗留下来，特别是在火星和木星之间。两颗行星之间的空间中有数以万计的此类物体。

重申视频中的快速词汇课：根据美国宇航局的说法，小行星是围绕太阳运行的小型岩石天体；彗星与小行星相似，但它们往往更冰冷，并且当它们接近太阳时会在太空中留下蒸汽痕迹；流星是小行星进入地球大气层时划过天空的火焰条纹；陨石是小行星到达地球表面的残余物。

有时，小行星会撞击另一颗小行星，或穿过行星的引力，进入太阳系内部。当这种情况发生时，小行星可能会进入新的轨道，坠入太阳，或撞击另一颗行星——比如地球。

“它几乎就像一台弹球机，”NEOWISE 项目首席研究员艾米·梅因泽尔 (Amy Mainzer) 说，该项目利用广域红外巡天探测器 (WISE) 航天器绘制小行星等近地天体 (NEO) 的地图。

在 2009 年至 2011 年的首次运行期间，WISE 太空船识别并绘制了太阳系内超过 34,000 颗小行星。自 2013 年 12 月重新启动以来，科学家已在太阳系内发现了 178 颗新小行星，其中 58 颗距离地球足够近，可以视为近地天体。

转折点

直到 20 年前，还没有人真正关注过陨石坑这样的事件是否会再次发生。梅因泽尔说，许多天文学家在考虑小行星时，都认为它们是“天上的害虫”——不是因为它们构成了威胁，而是因为它们妨碍了对其他天体的观测。

但在 1994 年，全世界震惊地目睹了舒梅克-列维彗星的碎片撞击木星——这是人类第一次观察到小行星状物体与行星相撞。

撞击在气态巨行星的大气层中留下了巨大的、明显褪色的痕迹，其大小相当于几个地球，这些痕迹在那里停留了数月。在舒梅克-列维碰撞之前，人们只是在相对温和的范围内追踪能够对地球造成严重破坏的物体。但在木星被撞击后，人们对小行星（以及小行星撞击）的兴趣飙升。好莱坞拍摄了电影。美国政府向 NASA 的 NEOWISE 等项目及其前身投入资金，要求他们查明那里有多少颗毁灭地球的小行星，以及如果小行星撞击会发生什么。

罢工剖析

第一次看到陨石坑可以改变任何人的观点——包括那些专业研究小行星的人。艾米·梅因泽尔记录了许多比陨石坑大得多的小行星，但她称第一次看到陨石坑的经历是一种本能的反应。“这只是向你表明，不需要一颗大行星就能在地面上形成一个很大的洞，”她说。

但这个洞究竟是怎么形成的呢？

普渡大学地球物理学家杰伊·梅洛什 (Jay Melosh) 解释说：“19 世纪 70 年代，人们对​​大型陨石撞击的认识非常错误。他们认为这就像向地面发射一颗子弹。”当你向地面开枪时，子弹会形成一个小坑，然后消失在地面上，埋在土壤中。

“以（小行星）的移动速度，大气层几乎就像一堵砖墙，”梅洛什说。较小的小行星或金属含量较少的小行星会分裂并完全燃烧。但即使是撞击亚利桑那州的更强大、密度更大的小行星，也因穿越大气层而受到冲击。当它最终撞击时，它形成了一个巨大的陨石坑，但它并没有像子弹一样钻入地面，而是爆炸了，碎片散落在地上。

这些物理现象让地质学家丹尼尔·巴林杰大失所望，他是第一个提出陨石坑是由撞击造成的理论的人。他希望通过开采地下的原始金属来发财，并深入陨石坑的中心寻找宝藏，却没有意识到小行星留下的只是散落在地表的金属块。

即使在巴林杰于 1929 年去世后，科学家们仍继续访问该地点。他们绘制了陨石坑周围的金属碎片，并能够发现真正发生的事情。包括梅洛什在内的其他人增加了对该地点的一般了解，并计算了撞击角度和小行星最终撞击地球时的飞行速度。

梅洛什创建了一个互动网站，展示了不同类型的流星撞击可能产生的影响。密度高、富含金属的小行星即使体积较小，也可能留下明显的痕迹，而较大的冰或岩石天体可能只会留下视觉冲击，类似于 2013 年发生在俄罗斯车里雅宾斯克的陨石撞击。

安装在俄罗斯汽车仪表盘上的摄像头捕捉到了一幅即使按照俄罗斯行车记录仪标准来看也十分不寻常的景象：一个巨大的火球划过天空。

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这颗流星在撞击地面之前就发生了爆炸，炸毁了车里雅宾斯克市的窗户，但没有留下陨石坑。

像车里雅宾斯克这样的事件比陨石坑这样的事件更为常见，但在未来我们必须为任何事情做好准备。

模拟：流星会很快毁灭人类吗？

流星的种类

模拟器将流星在 1 亿年内抛向地球，其直径根据美国和英国行星科学家的研究而有所不同。在这个模拟中，陨石是岩石，遇到大气层时的速度为 38,000 英里/小时，撞击地球的角度为 45 度——这些都是最有可能的值，但简化了撞击体特性的真实范围。我们根据大小将流星分为五个大致类别：

1. 无害的流星可能会在大气中燃烧殆尽。
2. 中等破坏性的撞击物通常会以陨石的形式撞击地面，但造成的伤害非常小（如果有的话）。有些陨石会在空中爆炸成火球，比如 2013 年在俄罗斯车里雅宾斯克上空爆炸的流星，其能量足以震碎窗户。
3. 破坏力极强的陨石会留下比陨石本身大 10 倍的陨石坑。陨石坑就是在这个范围中间的撞击形成的。
4. 灾难性事件会引发尼泊尔级别的地震，其撞击能量还会点燃五十英里外的树木和草丛。
5. 灭绝事件造成的破坏如此之大，以至于地球因大量尘埃、烟尘和火山灰进入大气层而陷入“撞击冬季”。这种规模的事件——墨西哥尤卡坦州希克苏鲁伯陨石坑的形成原因——很可能是 6500 万年前恐龙灭绝的原因。

未来打击

真正大规模的小行星撞击（像导致恐龙灭绝的那次）的影响非常严重（灭绝、气候变化、破坏我们已知的生命），因此科学家们正在密切关注天空。

Mainzer 估计，目前太空中真正巨大的、导致灭绝的小行星中，有 90% 以上已被发现。但那些较小的小行星，比如造成陨石坑的那颗，情况又如何呢？研究人员只知道其中大约 1%。科学家根据之前的天空调查和计算机模型估计还有多少小行星有待发现，但由于小行星是暗色背景下的微小暗色岩石，因此很难被发现。

仅仅知道百分之一可能看起来很可怕，但不要惊慌。

“如果 [小行星撞击] 更常见，人类就不会存在了。”Mainzer 说。她希望 NASA 明年能批准一款专门用于长期小行星探测的航天器，即近地天体相机 (NEOCam)。虽然 WISE 的工作非常出色，但它最初并不是用于小行星探测的（它原本应该绘制整个天空）。如果获得批准，NEOCam 将监测小型小行星，甚至追踪传统望远镜难以看到的小型暗色物体。该追踪器将能够运行数年（而不是 WISE 的数月寿命），使研究人员能够长期追踪小行星。然后是小行星本身的任务。NASA 的 Dawn 任务目前正在访问小行星带中的巨大原行星，收集有关小行星成分及其环境的信息。（它还发回了一些很棒的照片。）

到 2025 年，NASA 计划捕获一颗小行星并将其带回地球轨道。NASA 正在确定距离地球足够近的候选小行星，以便能够快速将航天器送往那里。到目前为止，他们已经确定了四颗可能的小行星，可以从其当前位置拖到月球附近的某个地方。

这项小行星重定向任务（ARM）的主要目的是为宇航员提供训练场地，让他们练习一些技能，如果火星任务成真，这些技能可能会派上用场。他们将使用工具采集岩石样本并探索小行星表面，甚至可能将样本带回地球。

但这项任务还有另一面。如果 NASA 能够成功引导一颗小行星进入地球轨道，那么它或许能够引导另一颗小行星离开，从而有可能防止未来发生陨石坑级别的撞击。

如果真的发生了撞击，那么破坏程度将取决于小行星撞击的位置。如果陨石坠入海洋，破坏程度可能非常小。如果撞击陆地，可能会形成另一个巨大的陨石坑，摧毁着陆区内任何站立或生长的东西。尽管城市中心正在向各个方向扩张，但大型小行星与时代广场等人口稠密的地点相撞的可能性非常非常低。

但这并不能阻止我们为最坏的情况做好准备。除了 ARM，还有许多小行星偏转技术被提出，包括核弹和彩弹。

但一个更可行的想法就是更好地绘制小行星地图。非盈利组织 B612 基金会计划于 2018 年发射哨兵太空望远镜，目标是识别和追踪进入地球空间的物体。

随着 NEOCam 和 Sentinel 等项目的推进，未来对陨石坑感到惊叹的人们至少可以稍微安心一些了。