中秋夜天外飞来一颗火流星 别只是看个热闹

中秋夜天外飞来一颗火流星 别只是看个热闹

李会超

中秋之夜,一位“天外来客”造访地球。10月4日夜,云南迪庆上空发生了一次火流星事件。据目击者称,一个明亮的火球划过夜空,同时伴有巨大的声响。美国国家航空航天局(NASA)喷气动力实验室(JPL)所属的近地天体研究中心的探测显示,这次火流星事件发生的高度约为37000米,火流星在与大气相互作用的过程中释放的能量约相当于540吨TNT炸药爆炸。

火流星是什么?和小行星撞地球是一回事吗?它能帮助科学家解开哪些谜题?

中秋之夜的一场天文奇观

火流星是亮度非常高的一类流星。按照国际天文联合会的定义,如果流星在越过观测者正上方(天顶)时,视星等比-3等更明亮,则可被称为火流星。这样的亮度,大约与火星、木星最亮时差不多。但观测者刚好在天顶处观测到流星的情况十分罕见,因此一般会综合实际观测到的流星视星等和当时流星与地平线的夹角,来确定流星在天顶时的视星等。

火流星的直径一般在1米左右,它们可能来自于小行星、彗星的碎片,也可能来自于星际空间的尘埃。这些天体一般围绕太阳运动,当接近地球这样的大行星时,便会受到行星引力摄动,脱离原来的轨道,闯入地球等行星的大气层。进入地球大气的火流星,除了在与大气摩擦的过程中不断被减速、加热外,还会因其速度超过音速而压缩它前面的空气,形成激波。激波同样会对火流星产生加热作用。随着加热过程的进行,火流星会逐渐融化,运动方向前后的压强差还会对火流星产生挤压作用。当挤压作用超过流星本身的抗拉强度时,火流星便会爆炸、碎裂。

有报道称,美国用于导弹预警的侦察卫星可被用于火流星探测。此外,国际全面禁止核试验条约组织用来监控全球核试验的次声波监测网,也能发挥同样的作用。这套监测网记录下的火流星事件中,2013年2月15日发生在俄罗斯的火流星事件释放的能量最多。当时一颗直径在17米左右、质量约为7千吨的火流星从哈萨克斯坦进入俄罗斯,在车里雅宾斯克上空爆炸。据估计,这颗火流星总共释放的能量与44万吨TNT爆炸相当,导致约1500人受伤就医,100多人住院。大部分伤者受伤的原因是冲击波引起的玻璃碎裂和房屋震动,而不是被落到地面的陨石击伤。本次发生在云南的火流星事件,释放的能量较少,因此除了在中秋之夜制造了一场天文奇观外,不足以造成实际的损害。

窥视太阳系早期演变过程

火流星与大气摩擦释放的热量,会将它自身及周围的大气分子电离。流星划过夜空时发出的灿烂光芒,就来自于电离气体放出的光。大气分子、原子被电离时会发出红光,而由于火流星本身被电离的物质不同,发出的光的颜色也不同。例如,当火流星上的铁被电离时,将发出黄光;硅被电离时,将发出桔黄色的光。除了观赏效果外,火流星电离大气形成的等离子体柱也是科学家们研究中高层大气性质的机会。科学家们可以使用流星雷达,不断向天空中的各个方向发射无线电波。当无线电波被称作“流星余迹”的等离子体柱反射时,利用接收到的反射无线电波的信号特征,科学家能获得距离地面几十到一百多公里的高层大气密度、温度、风场等信息。

如果火流星的残骸没有在与大气摩擦的作用中燃烧殆尽,就会有陨石坠落到地面。按照化学成分的不同,可以将陨石划分为以硅酸盐为主的石质陨石、以金属铁和镍为主的铁质陨石和多种成分混合的石铁陨石。

陨石是太阳系中最古老、最原始的天体物质之一。最古老的陨石年龄与地球相当,在45亿年左右。地球上现存最古老的岩石的“年岁”,都比不上这些陨石。因此地球和太阳系早期的演变过程,可以借助这些天外来客来回答。2015年,NASA的科学家在陨石中发现了构成DNA和RNA的基本化合物,从而为陨石在地球生命演化过程中可能发挥过作用的论点增加了论据。

织网防范小天体撞地球

由于流星体的来源是多种多样的,这次火流星事件是否是大家耳熟能详的“小行星撞地球”,还有待研究。然而,彗星、小行星等小天体撞击地球引发灾难的威胁,却是现实存在的。

为了监测可能对地球产生威胁的天体,上世纪90年代,各国航天和天文研究机构联合成立了国际小行星监测网,开始对可能与地球接近的小行星进行普查式的寻天观测。NASA所属的阿雷西博(Arecibo)射电望远镜、欧空局发射的红外空间观测平台(Infrared Space Observatory)、中国科学院紫金山天文台盱眙观测站等仪器都在日夜监测着太空中的不速之客。此外,NASA还将功能部分失效的NEOWISE红外太空望远镜改造成了专门用来探测小行星、彗星等小天体的飞船。在执行监视任务的同时,NEOWISE也对小行星轨道在大行星引力摄动作用下的变化进行研究。

如果一颗小行星被证实将要撞击地球,科学家已经提出了许多方案来使小行星偏离原来的轨道,或者碎裂成不会造成危害的残块,来消除它们对地球的威胁。在这些方案中,威力最大也最有效的方法是发射核弹到小行星附近,运载核弹的飞船首先在小行星上砸出一个浅坑,随后在浅坑中引爆核弹,使小行星碎裂成较小的碎片,在与地球大气层的摩擦中燃烧殆尽。此外,还有动能撞击、引力牵引、太阳帆等使小行星改道的方法。而无论哪种方法的实施,都需要全世界有航天发射能力的国家紧密合作,共同应对小行星威胁。

10月12日,小行星2012 TC4将与地球擦肩而过。它的个头与一般的民房相仿,最近时距离地球仅4.4万公里,相当于地球到月球距离的八分之一。由于已经准确确定了其轨道,确认它不会撞击地球,科学家并不对它的造访感到紧张,反而希望利用这次机会测试国际间联合探测和追踪小行星的能力。

(作者系中科院国家空间中心博士生)

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