WeChat ID kexueyougushi About Feature 比科学故事更重要的是科学精神 在美国中西部地区的艾奥瓦州，该州西北部有一个叫曼森（Manson）的小镇，人们很早就发现曼森地下的岩石有一点奇怪。事情是这样的，1912 年，有一个人在镇子上打了一口井，在打井过程中，他挖出了许多变形的奇怪岩石，它们看上去像是一些结晶状的角砾石，上面布满熔壳和翻滚的渣子。而且，打出来的水也有点不同，是像雨水一样的软水，也就是说水里面的矿物质含量与该州其他地区的水有很大的区别。 虽然曼森地区的奇怪岩石和丝滑的软水引起了一些好奇，但一直过了 41 年，艾奥瓦大学才派了一个研究小组来到这个地区。当时曼森与现在一样，只有 2000 人。那一年是 1953 年，研究小组打了一系列实验性的钻孔取样。大学的一帮地质学家研究了一番后，发现这个地方的岩石确实有些反常。但他们把这一切都归因于远古时代的火山活动，这种火山活动很普通。以当时人们的知识水平来说，得出这样的结论是合理的，当然，后来知道，这是一个完全错误的结论。 给曼森的地层带来创伤的其实并不是来自地球的内部，而是来自宇宙。在远古时代的某一时期，曼森地区还是一片浅海的海滨。有一天，一块直径大约 2.4 公里，重达 100 亿吨的天外来客，以声速的 200 倍呼啸着划过大气层，迎头撞上了地球。当时的那种惊天动地无论你怎么想象都不过分，这次撞击产生了一个深 500 多米，宽 30 多公里的大坑。曼森小镇现在就在这个大坑之上，这次撞击将上层的灰岩彻底摧毁了，就是这种灰岩给了艾奥瓦州硬质的矿泉水，取而代之的是受到冲击之后的基底岩石，正是它们在 1912 年困扰了那些钻井人。 曼森撞击事件是曾经在美国大陆上发生过的最大事件，请注意，这已经是把各种类型的事件都考虑进去了。撞击形成的大坑是如此巨大，在天气良好的时候，你站在坑的这头才能勉强看到坑的那头。美国的大峡谷在它面前都相形见绌。但是，2500 万年前，经过这里的冰川把这个大坑完全填平了，而且又打磨的十分光滑，这对于所有奇观爱好者来说是很不幸的。但是对于生活在曼森小镇上的居民来说就是幸运的，谁也不会喜欢生活在一个大坑里面。所以，今天当你站在曼森的地界上，环顾四周，你会发现整个视野平整的像桌面。这当然也就是为什么没人听到过“曼森大坑”这个词，因为这儿根本没有坑。 如果你去曼森图书馆，他们会很乐于向你展示一捆收集的报章文摘和一盒子 1991 – 1992 年的钻探项目取得的岩心样本。不过，提醒你一下，你得记得主动向他们要来看，他们一定会积极而又忙乱地为你取来。在那里没有什么永久陈列的展品。在曼森镇上，也没有一个纪念性的标志物。亲切的图书馆员安娜说：“有时候人们会很偶然地走进来，问我们该到哪里去看那个大坑，我们只得告诉他们其实没有什么大坑。于是他们就会略带失望地离开。” 实际上，绝大多数人，甚至包括大多数的艾奥瓦州的人，从未听说过曼森大坑。 对于大多数曼森当地人来说，曾经发生过的最大事件是 1979 年席卷整条主街的龙卷风，摧毁了街上的所有商业设施。四周平整的好处之一就是在危险来临的时候，你老远就能看见。实际上当那股龙卷风来袭时，整个镇子上的人都集中在小镇主街的一头，望着龙卷风长达半小时，人们希望龙卷风转向，可惜没有如愿。人们只好慌慌张张地四散奔逃，有四个倒霉鬼好奇心太重，跑得太慢，悲剧地送了命。现在，每年的六月份，曼森会有一个长达一周的“大坑节”，这是为了帮助人们忘记那个不幸的日子而想出来的，这个节日里没有任何与大坑有关的活动。也没有人能想出什么好办法来利用这个已经消失的撞击现场。 其实，在很长一段时期内，没有人相信地球会遭受那么强烈的天地大冲撞，直到上世纪 50 年代初，有一个叫苏梅克（Eugene Shoemaker）的年轻地质学家才改变了人们的观念。有一年，苏梅克自费前往亚利桑那州的一个天然大坑进行考察。今天那里已经成为了地球上最有名的一个撞击坑，特别受到游客青睐，但在苏梅克前往的那个时候，却没有多少人前往参观，这个坑的名称还只是叫做巴林杰坑，以一个富有的矿产工程师(Daniel M. Barringer）的名字命名。巴林杰于 1903 年购买了该坑的所有权，他的思想特别超前，不知道出于什么样的信念，他就是相信这个坑是由一块 1000 万吨的陨石撞击形成的，富含铁和镍。他非常自信地认为，只要挖掘出这些矿藏，就能给他带来巨额财富。但不幸的是，他执着地挖了 26 年，却什么也没有挖出来，浪费了一大笔钱。他不知道陨石在撞击时已经完全气化掉了。（明年我和吴京平老师打算去这个地方参观，同时在现场为大家聊聊陨石的故事） 以今天的标准来看，20 世纪初人们对陨石坑的研究是非常粗鄙的。最初的一位主要的研究者是哥伦比亚大学的吉尔伯特（G. K. Gilbert）。他向几锅燕麦粥中扔弹子来模拟撞击效应，而且出于某种我怎么也没想出来的原因，吉尔伯特并不是在哥伦比亚大学的实验室中进行此项实验，而是在一家宾馆的房间里面。吉尔伯特不知怎么就从中得出一个结论，认为月球上的坑确实是由于撞击形成的，但地球上的坑却不是。这在当时来说，已经可以说是一个挺激进的观点了。当时的大多数的科学家都拒绝接受这个观点。对这些科学家来说，月球上的坑是远古火山活动的证据，不是什么别的原因形成的。而地球上的大多数撞击坑都被侵蚀或者填平了，剩下的天坑本来就已经不多了，所以地质学家们把它们归因于一些其他的原因，或是被当作一种特殊的现象来对待。 到了苏梅克前来考察时，人们普遍认为巴林杰坑是由于一次地下的蒸汽喷发形成的。但苏梅克却对地下蒸汽喷发这种观点一无所知，他不知道是正常的，因为本身就不存在这种所谓的现象嘛。不过苏梅克有一个强项，就是他对爆炸现场很了解。因为他离开大学后的第一份工作就是在内华达州的一个地下核试验场研究爆炸圈。苏梅克在巴林杰坑发现了大量的单晶硅和磁铁矿石，这些发现表明这是一次天地冲撞的现场，而不是由于什么火山活动造成的。这次考察让苏梅克对天地冲撞产生了极大的兴趣，他开始把所有的业余时间都投入到这项研究当中。 他与妻子卡罗琳（Carolyn）和同事列维（David Levy）开始对内太阳系进行系统性地搜索。他们每个月都会有一周的时间到加州的帕洛马天文台进行观测，寻找那些运行轨道与地球公转轨道有交叉的天体，主要是小行星。 在他们刚开始时搜寻时，在以往所有的天文观测资料中，仅有 10 多个这类天体被发现过。因为二十世纪的天文学的研究主流已经不再是太阳系，而是恒星和星系。但是，苏梅克和他们的同事们却惊讶地发现：在太阳系中隐藏着许许多多的危险天体，数量多得超出任何人的想象。 当时的人们都已经知道，在火星和木星的轨道之间有一个小行星带，散落着许多小行星，它们其实就是一些岩石块。如果你经常看太阳系八大行星的插图，你很容易就能找到这个小行星带，它们往往被描绘成密密麻麻的一片。但实际上，太阳系实在是太大了，互相靠近的两颗小行星之间的平均距离也有 150 万公里，比地球到月球的距离还要远的多呢。没人能准确地知道到底有多少小行星在这片空域中翻滚，估计不会少于 50 万颗。按照现在的主流观点，它们本该结合成一颗大行星，但由于木星的引力摄动，使得它们无法稳定地互相结合在一起。 小行星是在 19 世纪初才被观测到的。而第一颗小行星的发现恰好是在 19 世纪开始的头一天。发现者叫皮亚齐（Giuseppi Piazzi）。他以为自己发现的是一颗新的大行星。最初发现的两颗被命名为谷神星和智神星。但是天文学家赫歇尔（William Herschel）计算出它们的质量要比已经发现的大行星小得多得多。赫歇尔就把它们称为“类恒星”，但它们其实根本就不是恒星。在英语里面小行星有两个单词：planetoid 和 asteroid，两个词一个意思。 在 19 世纪初期，寻找小行星是一项相当流行的活动。到了世纪末，大约已经有 1000 多颗小行星被发现。但问题是没有人去系统地整理记录它们。到了 20 世纪初的时候，每当一颗小行星出现时，人们常常已经无法弄清它是一颗新发现的小行星还是一颗过去早已发现但又跟丢了的小行星。 随着时间的推移，天体物理学的热点开始转移了，很少再有天文学家愿意把大量的精力投入到寻找小行星这种平淡无味的工作上了。只有那么几个人还在对太阳系本身感兴趣，其中比较出名的一个是荷兰出生的天文学家柯伊伯（Gerard Kuiper）。柯伊伯天体带就是以他的名字命名的。柯伊伯在田纳西州的麦克唐纳天文台工作，多亏了他以及后来的辛辛那提小行星研究中心、亚利桑那州的天空观测项目，一长串失踪的小行星名单终于在 20 世纪临近结束时被逐一清除干净，只剩下最后一颗叫艾伯特 719 的小行星还没找到。最后一次看到它是在 1911 年的 10 月，一直要到 89 年后的 2000 年，才终于又重新追踪到了它。 因此，从小行星研究这一点上来说，20 世纪的主要工作不过就是相当于修复了一本厚厚的旧书而已。事实上，直到 20 世纪的最后几年，天文学家们才开始关注名单以外的小行星。截止到 2006 年 6 月，已经有超过 12 万颗小行星被确认及命名，其中 98.5% 是位于小行星带上。但是，按照最新的估计，太阳系中可能有数百万颗小行星，统计工作显然仅仅是开了头而已。 有些人认为这项工作并不重要，因为确认一颗小行星并不会让它变得安全。哪怕太阳系中的每一颗小行星都被命了名且知道了轨道，谁也说不准哪天就有一颗受了点摄动而朝我们直冲过来。 你可以把地球的公转轨道想象成一条公路，我们的地球是唯一的一辆汽车。有很多行人会经常穿过这条公路，但他们却根本不会在踏上公路之前看我们一眼。至少有 90% 的行人我们是一无所知的，不知道他们住哪里，不知道他们的作息规律，不知道他们多频繁地穿过公路。我们所能知道的全部只是当我们以 108000 公里的时速飞驰时，在某一个不确定的地点，每隔一个不确定的时间，他们会慢吞吞地过马路。喷气推进实验室的奥斯特罗（Steven Ostro）打了这样一个比方，“假如有一个开关，你一打开，就能照亮所有穿越地球轨道且直径大于 10 米的小行星，那么你会看见天空中有超过 100 万个这样的天体。”总之，你看见的不是远方 2000 颗闪烁的恒星，而是附近数以十万计的随机移动的大石块。“它们都有可能与地球相撞，都在天空中以不同的速度在稍稍不同的路线上移动。想想真是令人深感不安。”好吧，不安又能如何，它们还是在那里，我们只是看不见而已。 有人根据月球上撞击坑的生成速率做出了一个推测，认为大约有 2000 个大到足以对地球造成危害的小行星经常性地穿越地球轨道。只要有一颗直径 100 米左右的陨石砸到地上，就足以毁灭一个城市。而穿过地球轨道的相对较小的小行星则更是多达数以十万计，而且它们几乎不可能被追踪。 第一颗被发现穿越地球轨道的小行星是在 1989 年 3 月 23 日，小行星编号 4581，最近时距离地球 65 万公里，你不要以为这个距离很远，别忘了，地球的绕日公转速度是 108000 公里每小时，换句话说，它与地球相撞仅仅只差了 6 小时。这颗小行星的直径达到了 300 多米，如果与地球相撞，有可能毁掉像上海这样大小的城市。1991 年又发现一颗，发现时它已经飞过去了。这颗小行星被命名为 1991BA，最近时距离地球 17 万公里，相当于在月球绕地公转轨道之间穿过，这在宇宙的尺度上，相当于一颗子弹穿过你的袖子而没有擦伤你的手臂一样。不过这颗小行星不大，直径只有大约 5-10米，能毁掉一个街区。2 年后的 1993 年，另一颗更大一点的小行星在距地球 14.5 万公里的地方与我们擦肩而过，这是迄今为止的最近记录。在它飞过之前，我们同样没有看到它，也就是说，在它飞来之前不会有任何警示。 一个直径 100 米左右的天体只有在距离地球仅有几天的路程时才能被地面上的望远镜观测到，这还得是恰好有一台望远镜正对着它。这基本上难以指望，因为即便在今天专门搜寻这类天体的人也很少。全世界正在积极寻找小行星的人数估计不会超过 100 个人。 当天才的苏梅克正试图让人们从来自内太阳系的潜在危险中惊醒时，另一件大事正在意大利悄悄地展开，这件事的起因和结果之间表面上看毫无关系。还记得我们上一章结束时说到的那个年轻地质学家阿尔瓦雷兹吗？上世纪 70 年代初，他从哥伦比亚大学的莱蒙特实验室（Lamont Doherty Laboratory）跑到意大利的一个峡谷中实地考察。他对一层薄薄的红色黏土越来越好奇，这层黏土把古老的岩石分成了两层，一层来自白垩纪，一层来自第三纪。这就是地质学上所称的“KT线”（有时也称CT线）。阿尔瓦雷兹万万没有想到，这个发现让一个困扰了古生物学 100 多年的重大谜题的答案慢慢浮出了水面，当人们意识到过去发生了什么时，那是倒吸一口凉气，脊背发凉啊。 往期： 宇宙自然生命简史：28 板块构造学说 宇宙自然生命简史：27 漂移的大地 宇宙自然生命简史：26 超弦和宇宙年龄 宇宙自然生命简史：25 恼人的粒子物理学 宇宙自然生命简史：24 震惊，现代人血液中铅含量增加了625倍 宇宙自然生命简史：23 死磕地球的岁数 宇宙自然生命简史：22贝尔不等式的魔力 宇宙自然生命简史：21神奇的量子纠缠 宇宙自然生命简史：20 推开量子世界的大门 Go to "Discover" > "Top Stories" > "Wow" Posted Sending Scan with WeChat tofollow the Official Account