迎接“瘋狂的石頭”

2013年2月15日,，烏拉爾山區(qū)原本極其普通的一天，現(xiàn)在已經(jīng)成為一個最不平凡的日子,。來自世界各地的游客們早已守候在覆滿白雪的西伯利亞田野,，這里冬季的黑夜格外漫長，但黑夜和寒冷并沒有影響人們的好心情,，因為當黎明接近時,，積云籠罩多日的天氣已經(jīng)放晴，深邃空曠的天空終于完美地展現(xiàn)出來,。人們帶著安逸的心情欣賞這深藍色的夜幕——2月份的恒星格外耀眼明亮,，它們出現(xiàn)在了比平常更高的位置，緩慢地繞著北極星旋轉(zhuǎn),，而并不十分多見的偶現(xiàn)流星也頻繁地劃出亮線,，似乎在為稍后的演出做準備。

這是一場什么演出呢,？這么隆重,！

原來這場演出的主角是一顆小行星，它將空降烏拉爾山區(qū),。

許多商業(yè)大亨和名人政要也來到了烏拉爾山區(qū)的車里雅賓斯克市,，甚至有謠言說，俄羅斯總統(tǒng)普京也在其中,。這些人不滿足于在地面觀看隕石雨，他們乘坐包機,，在車里雅賓斯克上空亂飛,。但是，科學(xué)家們禁止包機飛入一些特殊的空中區(qū)域,，這些地方或者留給了來自俄羅斯聯(lián)邦航天局,、歐洲太空總署和美國航空航天局的科研飛機，或者是小行星路徑投影正下方的空中禁區(qū),。為了防止光污染的干擾,，車里雅賓斯克附近的城市全都實行燈火管制——每一個人都時刻準備著記錄即將到來的“飛火流星”。

以上所謂盛大的天文觀摩大會的描述,，其實是半虛構(gòu)的,，但2013年車里雅賓斯克隕石墜落事件卻是真實的，那次隕石災(zāi)難造成了1200人受傷以及3300萬美元的損失,?？茖W(xué)家認為，如果我們在“小行星發(fā)現(xiàn)”和“小行星防御”方面的努力提早10年的話,，車里雅賓斯克的隕石災(zāi)難就可能變成上面的天文觀摩盛會,。

科學(xué)家的說法是有根據(jù)的,。因為現(xiàn)在已經(jīng)有一系列強大的天基紅外巡天望遠鏡，比如擬建的哨兵太空望遠鏡,，再加上專業(yè)的地面望遠鏡,，比如在建的歐洲極大望遠鏡和大口徑全景巡天望遠鏡，也許能夠提前預(yù)報出直奔地球的直徑20米的小行星,。

如果那時先進的小行星監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)到位,，車里雅賓斯克隕石事件中科學(xué)家們會有什么動作呢？

準備觀測“火球”

科學(xué)家們假設(shè),，如果在2013年初,，兩個新型的天基紅外巡天望遠鏡早在1月份就發(fā)現(xiàn)了這顆小行星，說明這顆小行星離地球已經(jīng)很近了,。到了2月初,，美國加利福尼亞州金石地面站的射電天文望遠鏡和波多黎各的阿雷西博射電望遠鏡也能夠看到它了。

小行星的反射光譜表明,，它是一顆普通的巖石成分的球粒狀隕石,，直徑大約在17米到20米之間。它的質(zhì)量難以確定,，沒人知道它到底是一顆巖石還是一顆多孔的碎石,，根據(jù)尺寸計算，它的質(zhì)量不會超過1.2萬噸,。通過這么多望遠鏡的聯(lián)合觀察,，科學(xué)家們已經(jīng)能夠精確預(yù)測出小行星的軌道、撞擊時間（精確到秒）和撞擊位置（精確到千米）,，而且知道小行星將以每秒鐘19千米的速度進入大氣層,。在進入地球大氣時，小行星肯定會爆炸,，爆炸的能量將達到數(shù)百萬噸TNT的威力,，是廣島原子彈的幾十倍。

如果天文學(xué)家對小行星的計算到了如此精確的地步,，那么在2013年2月15日,，早在烏拉爾山的東南部天空開始泛出微弱火光之前，科學(xué)家們早已花了1個星期來校準和調(diào)試設(shè)備,。高清照相機,、望遠鏡、輻射計,、雷達天線和支架,、光譜分析儀和光學(xué)高溫計全都指向了東部的天空，而且所有的儀器全都安裝在平衡環(huán)上,，使儀器以合適的旋轉(zhuǎn)速度追蹤“火球”,。在隕石預(yù)期的著陸點附近,，研究人員也已經(jīng)部署好地震檢波器、麥克風(fēng),、次聲波探測器,、微氣壓計、風(fēng)速計和塵埃收集器……

并且在日出之前,，科學(xué)家們還會發(fā)射無人機和熱氣球,，主要是為了精確讀取大氣狀況、記錄爆炸產(chǎn)生的沖擊波在三維空間的傳播情況,。

盡管科學(xué)家們收到了安全警報,，但他們毫不理會，因為這個觀測機會是獨一無二的,。

當然這一切并沒有成為現(xiàn)實,，但這并不妨礙我們繼續(xù)假設(shè)，當天文學(xué)家們真的抓住這個機會,，他們會看到什么壯觀的景象,？

壯觀的“演出”

在日出前的15分鐘，雷達已經(jīng)從地平線處接收到強烈的反射波,，此時小行星還位于太平洋上空數(shù)千千米處,。12分鐘后，它穿過了中國和哈薩克斯坦的上空,。再過幾分鐘,，俄羅斯將發(fā)射一系列煙示探空火箭，它們就好像煙花,，沿著小行星軌道的側(cè)翼飛行,，以測量沖擊波，就好像冷戰(zhàn)時期測量核武器威力時的場景,。當小行星進入俄羅斯境內(nèi)、離撞擊地點還有100多千米遠的時候,，靈敏的紅外探測器和輻射計已經(jīng)鎖定它了,。

現(xiàn)在，小行星的速度已經(jīng)達到了每秒19千米,，但主要是橫向移動,，下降的速度約是水平速度的1／3。這對每個人來說都是幸運的,，科學(xué)家們會有更多的時間來搜集數(shù)據(jù),，游客能看到更長時間的演出，當?shù)鼐用褚矔庥谛⌒行钦蜃矒舳鴰淼臏珥斨疄?zāi),。

當小行星開始進入高空中大氣邊緣時,，它快速地撞擊空氣,、壓縮前面的空氣，使空氣變成了隨小行星運動的高溫等離子體,。在小行星的前面,，高溫等離子體發(fā)射出了強大的沖擊波，在小行星的后面,，高溫等離子體被卷繞起來形成了一個鉛筆頭般的尖尾,。幾秒種后，小行星進入了厚厚的大氣層,，這里的空氣被壓縮時會形成致密的濃云,，而人類也已經(jīng)可以憑借肉眼觀看到熱等離子體的亮光了。

此時,，科學(xué)家們開始歡呼,，游客們也相互擁抱，拒絕撤離,，他們企圖去尋找隕石殘片,，然后賣個好價錢。但“演出”才剛剛開始,，在接下來的10秒鐘,，這顆小行星會變得更亮，因為它將壓縮更加致密的空氣,，迫使它們變成更熱的等離子體,。小行星的核心目前仍然是“安靜”的，因為它后端的大氣稀薄,，產(chǎn)生的壓力不足以打破或者毀壞堅硬的巖石,。但是，前端的熱量已經(jīng)滲入巖石表面,，一些材料將會被極速蒸發(fā),，然后掃進后端的“尾巴”里。

令人興奮的過程仍在持續(xù),，來自空氣的壓力終于超過了巖石自身的強度,，小行星的核心開始斷裂。巖石的破裂意味著將獲得更大的表面積,，同時代表將面臨更大的阻力,，更大的阻力又會造成巖石的進一步破裂。當破裂的碎片足夠小時,，它們會完全蒸發(fā),，動能完全轉(zhuǎn)化成了爆炸的能量，小行星的墜毀演出來到了高潮的頂點,。盡管巨大的爆炸照亮了天空,，但它看上去更像一個純粹的火花,，一閃而過之后繼續(xù)西去。紅外和雷達可以跟蹤它幾秒鐘,，在小行星著陸之前估計出小行星的著陸地點,。

在爆炸從視野里消失的時候，包機和私人飛機要忙著逃離現(xiàn)場了,。它們不是超音速飛機,，爆炸產(chǎn)生的沖擊波會追上它們，所以飛得越遠越好,。更需要逃離的是爆炸區(qū)域附近的居民,，地面天文基站早已為他們評估了風(fēng)險并設(shè)計好了應(yīng)對方案。1分鐘后,，爆炸的沖擊波來到了車里雅賓斯克市,，但它造成的損壞并不大，因為居民早已得到警告,，用柵木板固定了玻璃,，3300萬美元被省下了。

最后,，在不遠處冰凍的切巴爾庫爾湖,，通過追蹤的數(shù)據(jù)，科學(xué)家們迅速找到了隕石最大的一塊殘片,。而通過陣列聲波傳感器,，其他較大的碎片也會被定位。和業(yè)余搜藏家們賽跑之后,，科學(xué)家們將隕石送到實驗室,，進行同位素檢測。

預(yù)測“投向死亡”的SL9

上述假設(shè)的故事在科學(xué)上是正確的,，而關(guān)于游客和防范的部分,，則是科幻小說。為了使上述的故事能夠?qū)崿F(xiàn),，科學(xué)家們還需要尋找更多近地天體,，尤其是那些終點指向地球、沒有“請?zhí)本痛掖叶鴣淼牟凰僦?，比如車里雅賓斯克隕石?？茖W(xué)家喜歡稱這種天體為“投向死亡”的小行星,，因為當這些小行星被發(fā)現(xiàn)時，它們已經(jīng)走在了“投向死亡”的道路上,，既不能再次出現(xiàn)在圍繞主星的軌道上,，也沒有時間來轉(zhuǎn)移路線,，只能毀滅。幸運的是,，大部分“投向死亡”的小行星都比車里雅賓斯克隕石小得多,，它們威脅不大，反而能給科學(xué)研究和旅游業(yè)創(chuàng)收帶來機會,。

科學(xué)家對于“投向死亡”小行星的研究興趣源于1994年撞擊木星的蘇梅克—列維9號彗星（簡稱SL9）,，它是首個在墜毀之前就被人類預(yù)先發(fā)現(xiàn)的“投向死亡”小行星。1993年3月24日,，美國加州帕洛瑪天文臺的科研人員發(fā)現(xiàn)了SL9,，當時它只剩下環(huán)繞木星最后的兩年時光了。由于和木星的距離已經(jīng)非常接近,，SL9已經(jīng)被強大的引力撕成20多塊碎片,。科學(xué)家當時就認定,，SL9的20多塊碎片將組成浩浩蕩蕩的彗星群,，魚貫而行，如同一列細長的太空列車,，將于1994年7月份撞進木星,。

SL9是在非常完美的時機被發(fā)現(xiàn)的，1994年天文學(xué)的一些新發(fā)展成果正好可以被科學(xué)家們充分利用,。那時哈勃望遠鏡剛開始服役,，可以拍攝出非常高質(zhì)量的圖像，新墨西哥州的桑迪亞國家實驗室也剛剛組裝了世界上最強大的計算機,，使科學(xué)家們能夠精確模擬撞擊事件并作出有意義的預(yù)測,。科學(xué)家們把SL9與木星的撞擊當成天空中的一項巨型實驗,，通過觀察SL9軌道和撞擊的時間,、位置來檢驗計算機模型是否正確。這絕對是一個你在地球上任何實驗室都無法完成的大規(guī)模實驗,。

為此,，科學(xué)家利用計算機模擬了SL9撞擊的過程。他們參考了20多個不同尺寸的碎片的數(shù)據(jù),，做了一系列的模擬,。模擬結(jié)果表明，撞擊點將位于木星的背面,，撞擊殘骸會產(chǎn)生大火球或者羽狀的白熾熱氣,，從木星的東南邊緣升起，亮度足以被地球觀察者看到。隨后,，哈勃望遠鏡觀測到的漂亮圖片證實了科學(xué)家們的預(yù)測,。

尋找奔向地球的死亡行星

科學(xué)家們意識到，大氣層出現(xiàn)的巨型火球并非木星獨有,，當?shù)厍蛏峡瞻l(fā)生爆炸時,，應(yīng)該會出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象?？茖W(xué)家們又模擬了1908年的通古斯大爆炸,，同樣會出現(xiàn)一個非常高的大火球，而這與歷史觀測記錄是吻合的,。但科學(xué)家并不滿足于此,，他們希望建立一個系統(tǒng)，可以搜索到奔向地球并帶來某種規(guī)模爆炸的小行星,，并且能夠預(yù)先提出警報,。這樣可以在小行星墜毀之前仔細觀測它們的特征，又有利于改進我們的模型從而對未來做出更好的預(yù)測,。

在過去的20年里,，天文技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，目前諸如近地天體廣角紅外線探測望遠鏡,、全景巡天望遠鏡和卡特林那巡天系統(tǒng)都在努力編目具有潛在破壞力的近地天體,，這對于科學(xué)研究和小行星防御都有很大的益處，而且其成本要低于從小行星上帶回一塊樣品所需的費用,。

經(jīng)濟效益也會增加這項科學(xué)活動的吸引力,。興奮的游客會愿意花一大筆金錢來看一個宇宙奇觀。也許,，冒險的魅力和隕石越來越高的價格將在同一時間激勵投資者,、科學(xué)家和政府官員。如果這些都成真的話,，在下一次投向死亡的行星到來時,，觀測點的票價將成為人們最關(guān)心的問題。