2009/3/3

[課程補充]如何面對天外危機──小天體的撞擊?

撰文╱李名揚
6500萬年前,一顆長數公里的小行星落在墨西哥的猶加敦半島,揚起巨量灰塵,遮蔽陽光,使地球陷入冰河時期,綠色植物的光合作用也為之中斷,食物鏈被破壞,導致當時的地球霸主恐龍滅絕。人類未來是否也會面臨這種危機?又該如何應付?

在太陽系中,除了八大行星外,還存在著為數眾多的小行星和彗星,這些小天體在運行中不時會接近、甚至撞上其他行星。1994年,舒梅克–李維九號彗星(Shoemaker-Levy 9)在接近木星時,被引潮力扯碎為21塊碎片並撞上木星,引發一連串的大爆炸,澳洲國立大學的太空望遠鏡拍下了當時的畫面,震撼全球(見右圖),並且讓人們開始注意到小行星或彗星可能帶給地球的威脅。

可能會撞上地球的小行星或彗星統稱為「近地天體」(near-Earth object, NEO),目前估計長度超過一公里的近地天體約有2000個,這些小天體萬一與地球相撞,估計會造成全球1/4的人口滅絕;即使小一點的,例如長100公尺的小天體,也足以毀掉好幾個台灣,而這種近地天體的數量估計多達30萬個(見右頁圖〈近地天體的數量與破壞力〉)。

近地天體撞到地表時,會造成一個比自身直徑大10倍的洞,而實際破壞的範圍更遠超於此。以造成恐龍滅絕的數公里長的近地天體來看,顯然全球都蒙受其難;即使小一點的,如1908年一顆僅長數十公尺的小天體撞上西伯利亞,也毀了方圓40公里內的森林,爆炸威力相當於600顆廣島原子彈(參見2008年7月號〈西伯利亞的隕石懸案〉)。

撞擊威力之所以會那麼強大,原因在於速度太快。已知火箭脫離地球所需的速度至少每秒11公里,若地球重力吸引一顆原本靜止在外太空的小天體撞進來,撞擊速度至少如此,加上近地天體在地球附近時並非靜止,而是以大約每秒10幾公里到數十公里的速度繞行太陽,若真的發生撞擊,速度極可能超過每秒30公里。一般砲彈落地的速度還不到每秒2公里,比砲彈重千萬倍以上、速度又快那麼多的近地天體若撞上地表,可以想見後果有多嚴重。

威脅程度

近地天體的軌道可分為三種:阿波羅(Apollo)、阿托恩(Aten,埃及神話中的朝之太陽神)和阿莫爾(Amor,即愛神丘比特),其中和地球軌道相交的阿波羅和阿托恩對地球較有威脅性(見126頁〈近地天體及地內天體軌道〉);另外還有一種「地內天體」(inner Earth object, IEO),這類天體的軌道也可能很接近地球軌道,不過目前僅發現六顆。國際天文聯合會(IAU)現在的定義是:只要和地球最近距離小於0.05天文單位(AU,地球與太陽的平均距離,1AU約為1億5000萬公里)且體積夠大,就列為「潛在危險天體」(potentially hazardous object, PHO)。

這些天體的危險程度,則合併考慮碰撞機率以及撞擊時所釋放的能量,分為0到10級,數字越大表示對地球的威脅越大,稱為「杜林災難指數」(Torino Impact Hazard Scale)。目前只有兩顆近地天體被列為2級,其他均為0級或1級(見127頁〈杜林災難指數〉)。

雖然長100公尺的近地天體估計數量多達30萬個,但目前看來對地球具有威脅性的卻寥寥無幾,原因就在於宇宙實在太空曠了,中央大學天文所教授陳文屏舉例:若地球是桌上的一粒鹽,太陽就像是4公尺外的一顆番茄,木星則是20公尺外的木瓜子;會威脅地球的近地天體主要來自10幾公尺外的小行星帶,是遠比鹽粒更小的顆粒,儘管有一部份公轉軌道與地球公轉軌道相交,但要撞上的機率還是很低。

觀測近地天體

要決定某顆近地天體的危險程度,得先由世界各地的天文台對該小天體進行多次觀測,再根據其移動軌跡計算軌道,並估算未來與地球的接近程度,然後將結果匯集到國際天文聯合會的小行星中心(Minor Planet Center)進行統計。

到今年1月14日為止,我們已經觀測到1009個潛在危險天體,其中比較大的如編號1991 BA的小天體(以最接近地球時的年份來編號),長度約5~10公里,1991年距離地球僅約10萬公里,不到地月距離(約38萬公里)的1/3。近幾年觀測設備益發精良,能夠偵測到越來越小的天體,例如2004 FH僅長30公尺,距離地球只有破紀錄的4萬3000公里;但沒多久,這個紀錄就被2004 FU162打破,這個小天體距離地球最近時只有6500公里,不過由於長度只有6公尺,就算真的落入地球,也很可能在大氣中就燃燒殆盡,所以並未引起太多關注。

然而,卻也發生過小天體造訪地球後,天文學家才後知後覺的情形,2002年6月14日,長100公尺的2002 MN從距離地球不到12萬公里處掠過,天文學家直到三天後才發現,而且這樣的情況還發生過不只一次。


資料來源:科學人2009年第84期2月號
貼文日期2009.3.3

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