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1、n 当前文档修改密码：8362839来自太空的危机汪惠玲在地球上，我们可以看到生命现象的蓬勃发展，尤其是人类族群的发展更是兴旺，而由于人类科技的进步，我们似乎可以掌握地球万物的生与死，所以我们常不免自大的说，人类是万物之灵。但是在考虑从地球生命开始至今这一段长远的时间时，我们赫然发现，在地球的舞台上，已经出现过好几代的主角，像三叶虫、恐龙、菊石等生物，这些主角甚至在舞台上曾称霸多时，其体型之巨大，生命力之旺盛或或种类之多并不亚于今日仍在舞台上活跃的哺乳类。反而是人类出现的时间对地球而言，不过是短短的一瞬间。这时候，我们才惊恐地发现，人类的历史在地球长远的时间相比之下，是多么的短暂而微不足道。但
2、是为什么这些曾经当红的主角们会退下地球舞台，从此消失，只留下少许的蛛丝马迹供人凭吊？是什么力量如此巨大？而人类会不会重蹈它们的覆辙，有一天也要从这个舞台上消失呢？在探索使地球上某些生命步下地球舞台的这个力量来自何方时，我们必须先了解地球本身的环境对生物的影响，但在研究火山爆发、地震或大洪水等灾难对环境的影响时，常发现其影响范围仅限于局部区域，似乎无法推论至全球性大规模的物种灭绝。所以，我们把视野拉离地球本体，开始考虑地球的邻居对地球环境的影响。这个时候，人类又面临到自我地位退缩的命运，因为地球所处的这个空间实在太浩瀚了，而以人类目前的科技及利用科学探索宇宙奥秘时间的短促，我们现在对这个浩瀚的空
3、间所知实在有限，我们只能从岩石中的蛛丝马迹，尽量去探寻一切足以使地球生命产生大灭绝的原因，对于找出地球生命的杀手，凡是有嫌疑的，都要揪出来，这使我们发现，对全球性的生命威胁，有很多是从地球外层空间来的。下面将介绍几种可能的太空杀手，天文学家从现在已经发现的事实去外推它们发生的频率，并根据它们的能量去推估它们的破坏力，让我们对地球所处的这个危险的太空环境，有一个初步的认识。彗星及小行星彗星及小行星(图一)是可能性最大的杀手。从月球及水星表面遍布的大大小小陨石坑，可以知道从太阳系生成以来，天体的互撞是一件很平常的事。目前探索六千五百万年前白垩纪恐龙灭绝原因时发现，在恐龙大量灭绝后的一层薄薄的沈积岩
4、层中，富含地壳少有的元素铱，科学家们因而推断当时有一个外星访客降临地球，可能是彗星，也有可能是小行星，而这正有可能是杀死恐龙及其同时生物的主要凶手。图一 小行星Ida和它的卫星(右方的小点)因为彗星或小行星从天而降，所以其速度推估可达每秒三十公里，撞击地面后，将位能转换成大量的热能及冲击波，所以10公里大陨石的撞击威力相当于100兆吨的炸药威力，比全球全部核子武器威力加起来的一万倍还大。热能和震波会把撞击点附近的一切，全部毁灭。并将陨石碎块与撞击点附近的岩层气化，向外喷发。向外喷发的气体及尘埃喷出大气层沿着拋物线播散，当其重新进入大气层时，又因和大气的摩擦，而成为一团团的火球，使大气的温度顿时
5、增加，地球变得和烤箱一样，森林发生大火，大部分的植物付之一炬，使生物伤亡无数。以上是利用计算机仿真撞击事件及由岩层中化石纪录推想出来的场景。但由生态学家根据对现代生物灭绝种属的研究指出，栖息地的破坏，及其它导致生物数量减少、遗传变异能力减弱或生殖能力破坏的因素才是造成生物灭绝的终极原因。因此，除了陨石撞击及碎片直接造成的影响外，撞击后环境的持续变化才是大灭绝的主要原因。撞击出来的尘埃和全球性大火产生的浓烟遮蔽阳光可达二三个月之久，阻碍光合作用的进行，靠光合作用维生的浮游生物相继死亡，使海洋中的食物链遭到破坏。在部分陆地地区，地表的温度下降达20达六个月之久，大部分生物因此挨冻受饿而死，只有部分
6、植物的种子与孢子能够忍受渡过这一段难以忍受的寒冷。此外，撞击还产生致命的酸雨，使海洋环境遭受到严重破坏，使得对环境变化很敏感的大部分浮游生物因此灭绝。浮游生物减少，使二氧化碳循环受到阻碍，及岩石受高温影响而大量释出的二氧化碳气体，使大气中的二氧化碳含量增加为原来的二五倍，使温室效应大为增强，在生物们渡过长期寒冷的严冬之后，又面临了严热的酷暑。这样冷热交替的变化，使幸运渡过撞击浩劫的生物，因为栖息地遭到严重且长期环境的破坏，而逐渐走向灭亡之路。地球外的天体撞击会造成如此恐怖的后果，那地球被撞击到的机会有多少呢？其实我们比较担心的是短周期的彗星及近地小行星，因为地球和这些天体相遇的机会是最大的。不
7、过长周期彗星的运行速度可达小行星的三倍，因此它们具有极大的动能，科学家们估计，能以1000亿吨威力撞击地球的小天体中，有25%属于长周期彗星。而且长周期彗星因为周期太长，人类历史上没有纪录，如果它会撞击地球，以现在的观星技术而言，可能距它撞上地球只剩250500天而已。每一世纪大概会有一个长周期彗星穿过月球和地球之间，而每十万年会有一个击中地球。表一、美国各种死因的死亡率死因死亡率车祸1/100谋杀1/300火灾1/800枪械意外1/2500小行星/彗星撞击(上限)1/3000电击1/5000坠机1/20000洪水1/20000龙卷风1/60000小行星/彗星撞击(下限)1/250000图二
8、舒梅克利瓦伊9号彗星撞击木星留下的伤痕(在大红斑下的黑色斑点)廿世纪最大的天体撞击地球事件发生于公元1908年六月三十日发生于西伯利亚中部的通古斯加地区，有超过1000平方公里的森林被夷为平地，根据留下证据的推论，这可能是一个直径约六十公尺的石质陨石。而1994年7月，我们亲眼目睹了彗星撞击行星的事件(图二)，还好这是发生在木星上而不是地球。舒梅克利瓦伊9号彗星撞击木星，在木星表面上留下了黑色的大斑点，也使我们惊觉到，宇宙碰撞是会发生的，而且是在人类有生之年。根据估计，要引发全球性灾难的撞击，天体至少要大于1/2公里或1公里，要比广岛原子弹的威力大八百万倍。平均而言，这样大的小行星撞击到地球的
9、机会是十万年一次，这样大的彗星撞击到地球的机会平均五十万年一次。若以事件发生的平均间隔三十万年而言，在任何一年中，文明被催毁的机率是三十万分之一。对于寿命七十五岁的人类而言，遇到的机会是四千分之一，这个机率和美国其它致死原因的死亡率相比，比遭受意外射击致死的机率小，和意外受电击致死的机会相当，但比乘坐飞机发生空难的机会要来得大。因此，有些科学家建议各国拨出相当于花在飞安问题的经费，来进行可能撞击者的认证与处理的工作上，预计这个工作约需花费1000万至1亿美金之间。除了六千五百万年前白垩纪和第三纪之间的灭绝事件外。古生物学家指出，在过去五亿四千万年来，共有廿四次值得注意的灭绝事件，五次大规模的，
10、十九次小规模的，每一次的灭绝时期，有25%到90%物种消灭，这其中有十二次，曾找到证据证明可能和撞击事件有关，但其它灭绝的原因则有待科学家们继续追查下去了。 太阳邻近的恒星扰动欧特云中之彗星来自彗星的危险要比小行星来得难以预测。因为大部分彗星是来自约0.5光年远，围绕在太阳系周围的欧特云。欧特云中的物体因为太遥远又没有光源，所以目前无法直接观测，因此不能推算它们的位置及移动方向。不过，科学家推论，如果曾有一颗星体靠近太阳的话，其重力将会干扰欧特云，使彗星脱离原先轨道，之后受到内太阳系重力的吸引，许多彗星会向地球的方向飞来，造成彗星暴。这个彗星暴大约在经过几十万年后，会抵达太阳内行星系统，使撞击
11、的机率增加。幸运的是，科学家发现最近几百万年来并没有任何星体曾干扰过欧特云，所以我们有生之年，应不会遇到彗星暴的发生。但在130万年后，有一颗星(Gliese 710)将会靠近到足以干扰欧特云的距离，届时地球上将从偶而可以看到彗星，变成经常有彗星来拜访，届时，撞击的机率就可能会增加了。太阳是一颗变星除了彗星和小行星之外，还有一些比较少人知道，但同样令人担心的威胁。像每天稳定照亮天空的太阳其实是一颗变星。自1978年雨云7号卫星(Nimbus 7)上太空后，天文学家测量太阳的总光度，发现太阳的光度有0.1%辐度的周期性变化，而紫外线的光度则有50%的变动，其周期为十一年。除此以外，还发现到一些较
12、长周期的太阳磁场律动，这些律动包含三个不同的周期，大约是88年、212年及2130年。当这些周期交迭在一起时，会互相加强或减弱太阳的总光度，而这种光度的变化则间接影响地球的气候。例如最近一次较明显的太阳磁场活动期是在约公元1200年时，和公元13世纪发生长期热浪影响的时间刚好配合，这期间造成的干旱破坏了西南美印第安悬崖居民的文化。相反的，1645到1715年间，太阳黑子很少，磁场活动不强，而此时地球刚好进入冰期。最近几年，天文学家研究了75个星体，其年龄、温度、质量，化学组成都和太阳很相似。其中1020%的活动力明显地比太阳小，甚至比1600年代小冰期时的太阳更少黑子及磁场活动。另外，3050
13、%的星体则比太阳活动极大期还要多三分之一倍。而地球的温度在最近500年来上升或下降的幅度维持在2左右，科学家担心，以太阳这样的星体而言，变化的幅度实在太温柔了。当我们对太阳这一类星体了解愈多时，对太阳能保持那么稳定的现象愈感到惊奇。但除非太阳是一颗很特殊的星体，否则其变动辐度的增加应是可以预期的，而太阳任何变动量的增加，都将对地球上的生态平衡带来巨大的冲击。来自远方的威胁图三 漩涡星系NGC4145除了太阳本身变化的可能性之外，太阳所处的太空环境可说是复杂而狂暴的。太阳是银河系中的一份子，带着太阳系所有成员在银河系中航行，而我们的银河系是一个漩涡星系(图三)，星系中那些充满气体和恒星的区域都会
14、直接影响地球环境。最近几百万年来，太阳系可以说是在几乎空旷且安静的区域中散步。但预计在约50000年之后，太阳会进入天鹰座隙(Aquila Rift)，那里的星际空间满是分子云，这些云气会直接影响地球和太阳。受到它的推挤，可能使地球轨道露出在太阳大气之外，而太阳大气的范围正是由太阳磁场所主导的区域，可以保护我们免于受到外层空间高能粒子及宇宙射线的影响。届时，使地球的大气及磁场将直接受到星际介质的影响，没有太阳大气的保护，地球大气的化学性质将会改变，磁场被扭曲，沟通太阳和地球间磁场电性上的连结被打破，许多星际气体进入地球大气层。任何一项改变都会改变地球的生态，造成许多物种灭绝。科学家试图找出早期
15、太阳经过银河较密区域的时间，和过去几亿年来大规模生物灭绝的关系。结果发现过去有三次大灭绝与太阳航行到人马座船底座臂(Sagittirius-Carina)和盾牌座南十字座臂(Scutum-Crux)有相当的关系。当太阳系航行到银河中较密的区域时，一趟行程少说也有6000万年。这段期间除了星际气体的影响外，因为和其它星体很靠近，使得影响欧特云造成彗星暴的可能性更加提高。超新星及伽玛射线爆的威胁当太阳系通过银河旋臂时，将有百分之五十的机会遇到超新星爆炸。超新星是重质量恒星在生命结束时，产生的一场大爆炸，会放出巨大的能量与宇宙射线。在1987年我们曾观察到一颗发生在大麦哲星系的超新星爆炸，命名为19
16、87A(图四)。这个超新星还好是发生在银河系外十七万光年之遥，如果我们和它相距只有35光年远的话，它的辐射线将会破坏臭氧层，且这破坏将维持数十年甚至超过一个世纪之久。地表生物将曝露在紫外线下，部分大型植物有灭种之虞。同时，进入地球大气的伽玛射线和X射线也会增加，这会引起大气中氮和二氧化氮的量增加，它们会吸收阳光，使全球变暖，温度会增加约3之多。图四 哈伯望远镜拍摄到1987A爆炸喷出的云气及震波所造成的环事实上，有证据显示，船帆座超新星(Vela Supernovae)在约8400年到11300年前爆炸，曾引起一些环境的改变。亚利桑纳大学的G. Robert Brakenridge发现大约和船
17、帆座超新星爆发相同的时间，有许多种类的海洋浮游生物数量减少，而这些生物对紫外线量的变化是非常敏感的。太阳绕着银河中心运行，不仅在旋臂内会有危险。有时还有可能遇到伽玛射线爆(gamma-ray bursts)，伽玛射线爆在整个宇宙中每一天大约只会发生一次。它每秒产生的能量超过太阳一生以来所发出的总能量。对于产生伽玛射线爆的来源有两种理论，一种是由两颗中子星合并时发出，或是由一黑洞吞噬中子星所造成。第二个理论是则认为当质量非常大的星体在塌陷爆炸结束生命时。爆发产生的波动会集中成对称的两条喷流，因能量集中，所以在如果位于喷流的横切面上，量得的能量将是一般超新星的100倍以上。科学家算出3500光年内
18、中子星合并之后的结果。风暴以约3000万吨的炸药的威力袭击地球，是世界核子武器总合的30倍，它以伽玛射线和x射线冲击地球的臭氧层，影响地球的时间将超过100,000年，使得大气和地表具有放射性。他们估计有一半的人口会在30天内死亡，部分科学家们估计，在银河般的星系中，这样的爆炸平均每一千万年会摧毁每一个地球般行星上的高等生命。虽然科学家无法精确预测那一颗邻近的星体会变成超新星，但预测中子星合并可以和预测日蚀一样准，目前已发现三个这样的双星系统，一个是PSR B154+12，约位于3500光年之远，估计要10亿年之后合并。中子星双星系统是非常老的系统，有足够的时间分布在整个星系中。估计应有250
19、个中子星双星系统存在于银河系中，而且每100,000年到1,000,000年左右会有三个中子星合并。不过，太阳系遇到超新星爆炸的机会比遇到伽玛射线爆的机会多得多了，平均每发生一次伽玛射线爆，就有大约有一百万个超新星出现，所以我们被超新星伤害的机率要比伽玛射线爆高得多。不过也许能利用伽玛射线爆或邻近发生超新星来解释两亿五千万年前(古生代和中生代的界线)，当太阳航行到盾牌座南十字座臂(Scutum-Crux)时，生物的大规模死亡。然而我们现在还没有办法在岩层中找到像造成恐龙灭绝时天体撞击时那样所留下来的证据，所以目前这仍只是一种想法而已。从上面各种宇宙杀手的介绍，你是否开始觉得星光灿烂的天空其实并不平和，它潜藏了许多危险，即使远在几千光年之外，一样会威胁到我们，所以今日我们能如此安居在地球上，真的要好好珍惜这个福份，因为这是由于这么多的巧合及层层的保护，才使地球的环境如此适合万物生长。参考数据Dana Desonie着，黄启民译(民87)，宇宙碰撞，寰宇出版股份有限公司。许靖华着，任克译(民81)，大灭绝，天下文化出版股份有限公司。Walter Alvarez着，何怡颖译(民88)，霸王龙的最后一眼，新新闻文化事业股份有限公司。When Disaster Strikes，Astronomy, November 1999
