中秋夜天外飛來一顆火流星 別只是看個熱鬧

　　中秋夜天外飛來一顆火流星 別只是看個熱鬧

　　李會超

　　中秋之夜，一位“天外來客”造訪地球。10月4日夜，云南迪慶上空發(fā)生了一次火流星事件。據(jù)目擊者稱，一個明亮的火球劃過夜空，同時伴有巨大的聲響。美國國家航空航天局(NASA)噴氣動力實(shí)驗(yàn)室(JPL)所屬的近地天體研究中心的探測顯示，這次火流星事件發(fā)生的高度約為37000米，火流星在與大氣相互作用的過程中釋放的能量約相當(dāng)于540噸TNT炸藥爆炸。

　　火流星是什么？和小行星撞地球是一回事嗎？它能幫助科學(xué)家解開哪些謎題？

　　中秋之夜的一場天文奇觀

　　火流星是亮度非常高的一類流星。按照國際天文聯(lián)合會的定義，如果流星在越過觀測者正上方(天頂)時，視星等比-3等更明亮，則可被稱為火流星。這樣的亮度，大約與火星、木星最亮?xí)r差不多。但觀測者剛好在天頂處觀測到流星的情況十分罕見，因此一般會綜合實(shí)際觀測到的流星視星等和當(dāng)時流星與地平線的夾角，來確定流星在天頂時的視星等。

　　火流星的直徑一般在1米左右，它們可能來自于小行星、彗星的碎片，也可能來自于星際空間的塵埃。這些天體一般圍繞太陽運(yùn)動，當(dāng)接近地球這樣的大行星時，便會受到行星引力攝動，脫離原來的軌道，闖入地球等行星的大氣層。進(jìn)入地球大氣的火流星，除了在與大氣摩擦的過程中不斷被減速、加熱外，還會因其速度超過音速而壓縮它前面的空氣，形成激波。激波同樣會對火流星產(chǎn)生加熱作用。隨著加熱過程的進(jìn)行，火流星會逐漸融化，運(yùn)動方向前后的壓強(qiáng)差還會對火流星產(chǎn)生擠壓作用。當(dāng)擠壓作用超過流星本身的抗拉強(qiáng)度時，火流星便會爆炸、碎裂。

　　有報(bào)道稱，美國用于導(dǎo)彈預(yù)警的偵察衛(wèi)星可被用于火流星探測。此外，國際全面禁止核試驗(yàn)條約組織用來監(jiān)控全球核試驗(yàn)的次聲波監(jiān)測網(wǎng)，也能發(fā)揮同樣的作用。這套監(jiān)測網(wǎng)記錄下的火流星事件中，2013年2月15日發(fā)生在俄羅斯的火流星事件釋放的能量最多。當(dāng)時一顆直徑在17米左右、質(zhì)量約為7千噸的火流星從哈薩克斯坦進(jìn)入俄羅斯，在車?yán)镅刨e斯克上空爆炸。據(jù)估計(jì)，這顆火流星總共釋放的能量與44萬噸TNT爆炸相當(dāng)，導(dǎo)致約1500人受傷就醫(yī)，100多人住院。大部分傷者受傷的原因是沖擊波引起的玻璃碎裂和房屋震動，而不是被落到地面的隕石擊傷。本次發(fā)生在云南的火流星事件，釋放的能量較少，因此除了在中秋之夜制造了一場天文奇觀外，不足以造成實(shí)際的損害。

　　窺視太陽系早期演變過程

　　火流星與大氣摩擦釋放的熱量，會將它自身及周圍的大氣分子電離。流星劃過夜空時發(fā)出的燦爛光芒，就來自于電離氣體放出的光。大氣分子、原子被電離時會發(fā)出紅光，而由于火流星本身被電離的物質(zhì)不同，發(fā)出的光的顏色也不同。例如，當(dāng)火流星上的鐵被電離時，將發(fā)出黃光；硅被電離時，將發(fā)出桔黃色的光。除了觀賞效果外，火流星電離大氣形成的等離子體柱也是科學(xué)家們研究中高層大氣性質(zhì)的機(jī)會?？茖W(xué)家們可以使用流星雷達(dá)，不斷向天空中的各個方向發(fā)射無線電波。當(dāng)無線電波被稱作“流星余跡”的等離子體柱反射時，利用接收到的反射無線電波的信號特征，科學(xué)家能獲得距離地面幾十到一百多公里的高層大氣密度、溫度、風(fēng)場等信息。

　　如果火流星的殘骸沒有在與大氣摩擦的作用中燃燒殆盡，就會有隕石墜落到地面。按照化學(xué)成分的不同，可以將隕石劃分為以硅酸鹽為主的石質(zhì)隕石、以金屬鐵和鎳為主的鐵質(zhì)隕石和多種成分混合的石鐵隕石。

　　隕石是太陽系中最古老、最原始的天體物質(zhì)之一。最古老的隕石年齡與地球相當(dāng)，在45億年左右。地球上現(xiàn)存最古老的巖石的“年歲”，都比不上這些隕石。因此地球和太陽系早期的演變過程，可以借助這些天外來客來回答。2015年，NASA的科學(xué)家在隕石中發(fā)現(xiàn)了構(gòu)成DNA和RNA的基本化合物，從而為隕石在地球生命演化過程中可能發(fā)揮過作用的論點(diǎn)增加了論據(jù)。

　　織網(wǎng)防范小天體撞地球

　　由于流星體的來源是多種多樣的，這次火流星事件是否是大家耳熟能詳?shù)摹靶⌒行亲驳厍颉保€有待研究。然而，彗星、小行星等小天體撞擊地球引發(fā)災(zāi)難的威脅，卻是現(xiàn)實(shí)存在的。

　　為了監(jiān)測可能對地球產(chǎn)生威脅的天體，上世紀(jì)90年代，各國航天和天文研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了國際小行星監(jiān)測網(wǎng)，開始對可能與地球接近的小行星進(jìn)行普查式的尋天觀測。NASA所屬的阿雷西博(Arecibo)射電望遠(yuǎn)鏡、歐空局發(fā)射的紅外空間觀測平臺(Infrared Space Observatory)、中國科學(xué)院紫金山天文臺盱眙觀測站等儀器都在日夜監(jiān)測著太空中的不速之客。此外，NASA還將功能部分失效的NEOWISE紅外太空望遠(yuǎn)鏡改造成了專門用來探測小行星、彗星等小天體的飛船。在執(zhí)行監(jiān)視任務(wù)的同時，NEOWISE也對小行星軌道在大行星引力攝動作用下的變化進(jìn)行研究。

　　如果一顆小行星被證實(shí)將要撞擊地球，科學(xué)家已經(jīng)提出了許多方案來使小行星偏離原來的軌道，或者碎裂成不會造成危害的殘塊，來消除它們對地球的威脅。在這些方案中，威力最大也最有效的方法是發(fā)射核彈到小行星附近，運(yùn)載核彈的飛船首先在小行星上砸出一個淺坑，隨后在淺坑中引爆核彈，使小行星碎裂成較小的碎片，在與地球大氣層的摩擦中燃燒殆盡。此外，還有動能撞擊、引力牽引、太陽帆等使小行星改道的方法。而無論哪種方法的實(shí)施，都需要全世界有航天發(fā)射能力的國家緊密合作，共同應(yīng)對小行星威脅。

　　10月12日，小行星2012 TC4將與地球擦肩而過。它的個頭與一般的民房相仿，最近時距離地球僅4.4萬公里，相當(dāng)于地球到月球距離的八分之一。由于已經(jīng)準(zhǔn)確確定了其軌道，確認(rèn)它不會撞擊地球，科學(xué)家并不對它的造訪感到緊張，反而希望利用這次機(jī)會測試國際間聯(lián)合探測和追蹤小行星的能力。

　　(作者系中科院國家空間中心博士生)

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