地球周围潜藏超过100万颗小行星,它们会对地球造成威胁吗?
地球周围潜藏超过100万颗小行星,它们会对地球造成威胁吗?
我们的地球自从诞生以后,已经在太阳体系中稳定运行了46亿年之久,这个稳定的提法,是从地球的整体状态和运动规律而言的。其实在这46亿的历程中,地球也经受了来自地外天体的无数次威胁,比如与月球起源说中的忒伊亚行星相撞分离出月球、6500万年前与造成恐龙灭绝的巨大小行星相撞。从目前的监测数据来看,地球周围拥有超过众多小行星,它们在太阳引力作用下,在像其它行星一样围绕太阳公转的同时,仍然不可避免地会受各方原因影响偏离原有轨道,那么这样的状况会对地球产生威胁吗?
太阳系中小行星的主要来源在太阳系中,除了绝对的核心太阳以及八大行星、围绕行星运行的卫星、星际气体和尘埃物质以外,还有一类数量众多的天体,那就是小行星,它们一般直径不超过100公里,绝大多数都是微小的岩石碎块。太阳系内这些小行星的分布呈现明显的区域性聚集特征,从来源上看,主要包括以下几个部分:
第一个是木星和火星之间的小行星带。从目前监测的情况看,我们已知的小行星轨道处于这一区域的占比,达到90%以上。小行星带的轨道宽度大约在1.5个天文单位,数量至少在50万颗以上,截至目前发现的该区域最大的小行星为谷神星,直径为1000公里左右。这些小行星从组成来看,以碳质结构为主,另外还包括硅酸盐、铁镍金属等。关于这些小行星的来源,现在的主流说法是行星的“半成品”假说,认为它们与太阳系的其它行星是同时起步的,只不过这一区域之外的木星具有先天优势,在聚积大量周围物质以及吸收被太阳风吹过来的星际物质之后,质量逐步状大,从而使周围区域的天体,特别是火星与木星之间的区域会发生轨道共振,从而使物质的相对速度提升,增强了相互撞击的几率和强度,使行星物质聚合变得越来越困难,最终只能以质量较小的小行星形式存在。
第二个是柯伊伯带。位于海王星轨道的外侧,宽度大约在20个天文单位左右,分布着起码数百万颗,截至目前冥王星是这一区域已知小行星中的最大天体,另外还有一些直径在上千公里的小行星存在。除了岩质小行星之外,这里还存在着众多由冰晶物质构成的小型天体。由于这里距离地球很远,它们反射太阳光线的能力相对来说非常微弱,我们通过天文望远镜也很难看清这些小型天体,截至目前也仅发现了直径在1千公里以上的1000多颗柯伊伯带天体。至少柯伊伯带天体是如何形成的,目前科学界比较认可的说法是由于冥王星轨道的外移,以及木星和土星轨道共振,造成了外围天体轨道的混乱,使得原来依靠太阳风吹拂过来的残留物质聚合而成的天体,相互之间又发生比较剧烈的碰撞,变成了质量更小的众多固态小型天体,而又冰晶物质为主要构成的小天体,则逐步聚合形成彗星的星核,这里也成为了彗星的发源地。
以上两个区域是太阳系中小行星的主要来源,其占比将达到99%以上,这些小行星成为能够对地球的安全造成潜在威胁的重要因素。另外,还有极小一部分来自太阳系更外围的奥尔特云、太阳系外因引力扰动或者撞击流浪的小行星等,不过对地球的影响微乎其微。
小行星“光顾”地球的驱动力如果不考虑小行星的话,太阳系现有“宏大”行星和卫星,都在引力和自身运转的综合作用下达到运行的平衡状态。而小行星的总体运行趋势,其实和这些行星如出一辙,这些都要归功于太阳的强大引力,似乎呈现的是一种井井有条的面貌。
但是,之所以这些小行星没有再进一步聚合为行星,除了在起步冲刺过程中自身的质量增长较慢这一劣势之外,受到其它行星的引力干扰是决定着其最终状态的主要因素,这种干扰既对小行星的形成起到主导作用,也对现在其运行状态也产生至关重要的影响。比如小行星带仍然受到木星和火星轨道共振的影响,柯伊伯带内小行星依然会受到木星和土星轨道共振以及海王星轨道外移的综合影响,这就使得它们的运行有点“不由自主”,在某一区域、某一时段,将仍然会有一定的速度变化、轨道偏移的作用结果,致使相互之间发生撞击的几率一直存在。
因此,这些小行星之间发生相互撞击,将是地球受到小行星威胁的源头驱动力。在小行星发生撞击之后,由于外在天体巨大的引力扰动作用,基本没有可能会发生进一步的聚合,只能从大质量转化为更小的质量,变为更小的碎片,同时按照动量守恒定律,这些小行星依据碰撞的角度不同,将会发生不同程度地转动偏移,其中在太阳引力的拉扯作用下,大部分的偏移都是朝着太阳系的内侧进行的。
另外,当这些偏移的小行星向太阳内侧行进时,有一部分会被土星、木星或者火星的引力所俘获,另外一部分则会在它们引力的带动下进行加速,出现“弹弓效应”,从原本并未向地球行进,转变为朝向地球飞奔,虽然这种几率较小,但也存在这种可能,一旦发生,则会使其速度值大大提升,对地球的威胁程度也相应大大提高。
除此之外,地球的引力作用也起到“推波助澜”的作用。只要是朝着地球行进的小行星,在进入到地球的有效引力范围之后,也会加速向地球飞袭而来。当然,大部分的小行星都是沿着地球外围的轨道划过,只有一小部分与地球正面或者斜向冲撞。
地球对于小行星撞击的保护机制这种保护机制来源于两个方面,一个是外部保护机制,一个是内部保护机制。
对于外部保护机制来说,主要是木星、火星和月球的保护,这三个天体依靠其自身的引力,一定程度上阻止了大部分小行星向地球行进的可能,其中木星主要是阻挡来自太阳系外侧的小行星,火星和月球则是主要阻挡来自小行星带的小行星,这些小行星在向太阳系内侧进发的过程中,会在这三个天体的引力作用下,有相当一部分被直接捕获,火星和月球表面的陨石坑就是明显的证据。而木星是气态行星,我们看不到上面有陨石坑,但通过天文望远镜的观测,也发现了很多小行星撞击到表面的壮观景象,据估测,木星很可能每年被直径在5到20米之间的小行星撞击50次左右。
从内部保护机制来看,主要得益于地球的大气层。在小行星冲入地球大气层之后,会与大气分子产生激烈的摩擦,一部分动能转化为气体和小行星的内能,推动前端大气发生电离,同时显著提升小行星表面的温度,从而推动小行星表面熔融剥离、气化或者破碎,一方面阻止小行星的持续加速,另一方面使小行星的质量逐渐减少,最后形成若干碎裂后的更小碎片,在通过大气层的过程中“燃烧殆尽”。只有那些初始速度非常快、质量非常大、质地非常致密的小行星,才会最终降落到地面上形成陨石,巨大的冲击力将会给地球的一部分区域产生威力非常巨大的破坏。不过我们仍然要看到,即使最终降落到地面的陨石,其质量与坠入大气层之前相比仍然减少了很多倍。
综合来看,太阳系内的众多小行星,在引力扰动的影响下,会有一定几率偏离原有轨道向着地球行进,成为威胁地球安全的重要因素。不过,在木星、火星、月球的外部保护机制以及地球大气层阻挡的内部保护机制的共同作用下,最终降落到地表的陨石,无论是从数量还是质量上看,与小天体的总体数量和原始质量之比都相差甚远,只有那些质量非常大、质地非常致密的小行星才会对地表造成严重冲击。