中秋夜天外飛來(lái)一顆火流星 別只是看個(gè)熱鬧

　　中秋夜天外飛來(lái)一顆火流星 別只是看個(gè)熱鬧

　　李會(huì)超

　　中秋之夜，一位“天外來(lái)客”造訪(fǎng)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(chēng)，一個(gè)明亮的火球劃過(guò)夜空，同時(shí)伴有巨大的聲響。美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(JPL)所屬的近地天體研究中心的探測(cè)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(guò)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(kāi)哪些謎題？

　　中秋之夜的一場(chǎng)天文奇觀

　　火流星是亮度非常高的一類(lèi)流星。按照國(guó)際天文聯(lián)合會(huì)的定義，如果流星在越過(guò)觀測(cè)者正上方(天頂)時(shí)，視星等比-3等更明亮，則可被稱(chēng)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(cè)者剛好在天頂處觀測(cè)到流星的情況十分罕見(jiàn)，因此一般會(huì)綜合實(shí)際觀測(cè)到的流星視星等和當(dāng)時(shí)流星與地平線(xiàn)的夾角，來(lái)確定流星在天頂時(shí)的視星等。

　　火流星的直徑一般在1米左右，它們可能來(lái)自于小行星、彗星的碎片，也可能來(lái)自于星際空間的塵埃。這些天體一般圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)接近地球這樣的大行星時(shí)，便會(huì)受到行星引力攝動(dòng)，脫離原來(lái)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(guò)程中不斷被減速、加熱外，還會(huì)因其速度超過(guò)音速而壓縮它前面的空氣，形成激波。激波同樣會(huì)對(duì)火流星產(chǎn)生加熱作用。隨著加熱過(guò)程的進(jìn)行，火流星會(huì)逐漸融化，運(yùn)動(dòng)方向前后的壓強(qiáng)差還會(huì)對(duì)火流星產(chǎn)生擠壓作用。當(dāng)擠壓作用超過(guò)流星本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，火流星便會(huì)爆炸、碎裂。

　　有報(bào)道稱(chēng)，美國(guó)用于導(dǎo)彈預(yù)警的偵察衛(wèi)星可被用于火流星探測(cè)。此外，國(guó)際全面禁止核試驗(yàn)條約組織用來(lái)監(jiān)控全球核試驗(yàn)的次聲波監(jiān)測(cè)網(wǎng)，也能發(fā)揮同樣的作用。這套監(jiān)測(cè)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(shí)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(chē)?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(wàn)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(dòng)，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(chǎng)天文奇觀外，不足以造成實(shí)際的損害。

　　窺視太陽(yáng)系早期演變過(guò)程

　　火流星與大氣摩擦釋放的熱量，會(huì)將它自身及周?chē)拇髿夥肿与婋x。流星劃過(guò)夜空時(shí)發(fā)出的燦爛光芒，就來(lái)自于電離氣體放出的光。大氣分子、原子被電離時(shí)會(huì)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(shí)，將發(fā)出黃光；硅被電離時(shí)，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(huì)?？茖W(xué)家們可以使用流星雷達(dá)，不斷向天空中的各個(gè)方向發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波。當(dāng)無(wú)線(xiàn)電波被稱(chēng)作“流星余跡”的等離子體柱反射時(shí)，利用接收到的反射無(wú)線(xiàn)電波的信號(hào)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(chǎng)等信息。

　　如果火流星的殘骸沒(méi)有在與大氣摩擦的作用中燃燒殆盡，就會(huì)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(yáng)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(yáng)系早期的演變過(guò)程，可以借助這些天外來(lái)客來(lái)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(guò)程中可能發(fā)揮過(guò)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(lái)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?，還有待研究。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(cè)可能對(duì)地球產(chǎn)生威脅的天體，上世紀(jì)90年代，各國(guó)航天和天文研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合成立了國(guó)際小行星監(jiān)測(cè)網(wǎng)，開(kāi)始對(duì)可能與地球接近的小行星進(jìn)行普查式的尋天觀測(cè)。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(cè)平臺(tái)(Infrared Space Observatory)、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)盱眙觀測(cè)站等儀器都在日夜監(jiān)測(cè)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(zhuān)門(mén)用來(lái)探測(cè)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(shí)，NEOWISE也對(duì)小行星軌道在大行星引力攝動(dòng)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(lái)使小行星偏離原來(lái)的軌道，或者碎裂成不會(huì)造成危害的殘塊，來(lái)消除它們對(duì)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(gè)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(dòng)能撞擊、引力牽引、太陽(yáng)帆等使小行星改道的方法。而無(wú)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(guó)家緊密合作，共同應(yīng)對(duì)小行星威脅。

　　10月12日，小行星2012 TC4將與地球擦肩而過(guò)。它的個(gè)頭與一般的民房相仿，最近時(shí)距離地球僅4.4萬(wàn)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(huì)撞擊地球，科學(xué)家并不對(duì)它的造訪(fǎng)感到緊張，反而希望利用這次機(jī)會(huì)測(cè)試國(guó)際間聯(lián)合探測(cè)和追蹤小行星的能力。

　　(作者系中科院國(guó)家空間中心博士生)

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