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科幻电影中的系外行星

发布时间:2023-01-24 03:43:22

Ⅰ 宇宙中恐怖的星球是什么星球

宇宙中恐怖的星球是什么星球

宇宙中最恐怖的星球是什么星球,宇宙中的浩瀚无法用文字的来形容,宇宙中充满了未知的存在,要说起恐怖来,只有更恐怖没有最恐怖,那么宇宙中恐怖的星球都有哪些呢,接下来分享的是关于宇宙中最恐怖的星球是什么星球的相关内容。

宇宙中恐怖的星球是什么星球1

1、太阳:

你会被一棵巨大火球燃烧殆尽。

虽然太阳是我们能够生活在地球的关键,但它也是太空中的一个巨型核爆,能够毁灭所有物种。太阳温度达华氏1万度 (约摄氏5537度),重量相当于33万个地球。如果你是着站在太阳表面,热气将会撕裂你的原子,并被太阳风吹散至整个太阳系。(听起来有点浪漫耶)

2、土卫二:

你会被水气切割成片,然后喷到外太空。

土卫二是土星第二大的卫星,表面有一层冰,但那层冰并非贴在星球表面,它比较像是一种大气。由于那层冰会射出水气,科学家推论冰层的表面之下有一片巨大海洋。水气喷发时速高达每小时800英里 (1287公里)。

3、木卫一:

你会被熔融海和辐射蒸发掉。

木卫一是木星最大的卫星,也是整个太阳系中最活耀的火山群,整颗星球都被不断射出岩浆的熔融覆盖,最高可以喷至200里的高空。

4、木卫二:

你会被盐水活活冻死。

整颗木卫二表面都被冰覆盖,就像一颗巨大的大理石球。科学家推论冰底下是一片盐海,但在你钻破那层冰前就会先被活活冻死。

5、木星:

你会被压力压爆,外加被暴风电死。

宇宙中最恐怖的星球木星,如果你决定去木星旅游,你会立马被全太阳系最巨大的压力压到内爆,外加被大气层里的数百个风暴给电死。

6、海王星:

你会到处飞的被碎冰打死。

海王星是除了冥王星之外距离太阳最远的星球,因此极度严寒。表面的风速更是高达每小时700英里。

7、彗星:

你会变成肉乾或冰棒。

如果你有机会站在彗星上,有两种情况:如果彗星刚好距离太阳很远,你会被冻死;如果距离太阳很近,你会被烧成肉乾。

8、土星:

你会被风速拉扯成碎片。

围绕土星的风速高达每小时1118英里,你会被风力碎尸万段,同时被巨大的压力压到内爆。

9、水星:

你会被冻死,烫死,窒息而死。

水星基本上没有大气层,所以你会马上窒息。幸运的是,你不用体验窒息而死的痛苦过程,因为你不是先被冻死就是被烫死,看你在水星的哪个位置。水星面向太阳的那一面高温达华氏800度;另一面则是零下-290度。

10、海卫一:

你会秒变冰棒。

宇宙中最恐怖的星球海卫星,海王星最大的卫星之一,海卫一,是全太阳系中最寒冷的星球,低温达华氏-460度,这种低温甚至会让原子停止运动。

11、泰坦星 (土卫六):

被甲烷冻死。

泰坦星的大气层中含有低温达华氏-260度的甲烷。

12、金星:

你会被大气压力压碎、焚烧、窒息。

金星厚重的大气层高温达华氏880度,大气压力更是地球的90倍。

13、太阳圈:

太阳风会把你的原子吹散。

我们的'太阳系被一个叫做太阳圈的磁性泡泡所围绕,表面含有时速达1500000英里的高温太阳风,足以把你的原子吹散。

14、冥王星:

你会寂寞冷死。

它距离太阳30亿英里,你就知道有多远多冷了 (华氏-390度)。

宇宙中恐怖的星球是什么星球2

HD 209458b

风之行星

其表面刮着令人恐惧的大风,估计风速可达到6200英里每小时。当这颗行星系外行星HD 209458b近距离盘旋接近其恒星时,强大的恒星风撕碎其大气层,形成彗星状的尾部。

最黑暗行星

TrES-2b系外行星

科学家发现一颗叫做TrES-2b的系外行星,它被称为迄今观测到的最黑暗行星,其表面一片漆黑,几乎不反射任何光线,甚至比煤炭还要黑。这颗行星的表面被恒星烘烤着,温度可达到980摄氏度。它的运行轨道与恒星非常近,其潮汐引力被锁定,意味着这颗行星的一侧将始终处于漆黑之中。

僵尸行星

北落师门β

让人感到恐惧的僵尸在肢体分解之后仍能死而复生,天文学家在天文观测中也发现了一颗“僵尸行星”。十年前,天文学家使用哈勃太空望远镜的观测数据发现一颗系外行星环绕主恒星运行,在进行深入观测后宣称它已“死亡”。但在2009年,天文学家使用钱德拉望远镜观测到这颗星再度复活过来。将它称为“僵尸行星”有些言之为过,实际上它仅是隐藏了起来。

孤独行星

CFBDSIR2149

在宇宙中也存在着“孤独者”系外行星,它们由于质量太小,在遥远的太空轨道运行,从而使天文学家通过常规望远镜很难进行探测。然而有时天文学家将非常幸运,能够发现罕见的太阳系外“孤独者”。它们是“超级地球”,能够距离很远地正常环绕主恒星运行,且很难被观测到。

CoRoT-2a

融化行星

天文学家发现一颗行星拥有永久的“融化面孔”—— CoRoT-2a,这颗行星遭受主恒星强烈X射线轰击,每秒蒸发500万吨物质。如果人类在这颗行星上将接受扭曲令人恐惧的死亡。

Kepler-19b

不恒定行星

在同一个恒星系统中,一颗非常遥远的系外行星在另一颗恒星的潮汐引力威胁,从而导致它途经主恒星时会出现缓慢和加速现象。这是一种罕见的天文现象,这颗系外行星距离地球650光年,环绕一颗叫做Kepler-19的类太阳恒星运行,它拥有一个非常奇特的轨道,有时会加速,在其9分钟轨道周期中快5分钟,有时会减速,轨道周期慢5分钟。

北落师门b

索伦之眼

人们想到北落师门B行星具有恐怖一面的仅是它的灰尘云看上去颇似“索伦之眼”,索伦之眼在科幻电影《魔戒三部曲》中充满着可怕的魔幻力量。但事实上这颗行星的神秘之处远不止于此。

热木星

类木行星

科学家认为近距离环绕主恒星的“热木星”将出现主恒星洪水般的等离子释放到行星大气层中,从而呈现出可怕的极光现象。在一颗全球性遍布磁场的系外行星上,其极光亮度将是地球极光的100-1000倍,就像整个行星上空遍布出现舞动的幽灵和鬼魂

Ⅱ 神秘浩渺的宇宙:20个有趣而迷人的外星世界

人类发现首颗系外行星距今20多年,目前已发现的系外行星有近2000颗。这些行星里有像地球这样的岩石行星,也有与木星相似的气态巨行星,甚至还有很多太阳系没有的行星。下面20幅图片将通过艺术与想象为大家展现这些奇特的外星世界。

第一颗系外行星:它是人类发现的第一颗围绕类似太阳的恒星运转的系外行星,也是发现的第一颗“热木星”。这类行星质量接近或超过木星,但与太阳系中情况不同,热木星与恒星距离只有0.5至0.015个天文单位,大约水星到太阳距离的八分之一至金星到太阳距离。飞马座51b距离地球约50光年,质量是木星的一半,但体积却是木星的两倍,一年只有4天,表面温度在1000 °C ,并且它永远以同一面朝向恒星。

首个与地球尺寸接近的系外类地行星:行星“开普勒186f”想像图,它是第一颗被发现位于母恒星宜居带内且大小和地球相似的类地行星,表面可能有液态水,直径是地球的1.1倍,距离太阳系492光年。

首个确认有大气的行星:画家笔下行星“HD 209458b”大气蒸发情形,它距离太阳系150光年,也是一颗“热木星”。它创造了多个系外行星观测史上的第一,包括首个确认有大气、且观测到有蒸发中的氢气层的行星。该行星质量是木星的0.6倍,绕母恒星公转轨道仅是水星的八分之一,一年只有3.5天,其表面物质在高温下膨胀,密度较低。

拥有6颗行星的“开普勒11星系”:画家笔下发生在2010年8月26日“开普勒11星系”三颗行星同时发生凌日的景象。开普勒11是首个被确认拥有6颗行星的系外恒星,且这些行星的质量介于地球与海王星之间,这个星系距离地球2000光年。

真实的“塔图因”:画家笔下的“开普勒16星系”,行星“开普勒16b”同时围绕两颗恒星公转,这和电影《星球大战》里的行星“塔图因”(右下)非常相似。

一年只有20小时的炼狱行星:行星“51 Pegasi b”距离地球390光年,直径是地球的1.7倍,质量是地球的4.8倍,绕着一颗比太阳略小的恒星运转。它的轨道非常靠近母恒星,一年只有20小时,表面温度达到1500 °C,在如此高的温度下,其上可能布满熔岩。

海洋行星“开普勒22b”:开普勒22b位于天鹅座,距地球600光年,位于母恒星宜居带内,半径是地球的2.4倍。这颗行星与太阳系所有行星都不一样,是个表面完全是液态水海洋的行星。

岩浆海洋“开普勒10b”:行星“开普勒10b”位于天龙座,距离我们太阳系560光年,大小是地球的1.4倍。该行星一年不到一天,到母恒星距离小于水星到太阳距离的20分之一,表面温度约1300°C,足以将黄金熔化。

118亿岁的古老星系:“开普勒444”是一颗约118亿年(约宇宙年龄的80%)的恒星,距离地球约117光年。它拥有五颗类地行星,大小介于水星和金星之间,轨道周期少于10日。这个星系的行星分布极为紧凑,即使距离母恒星最远的开普勒444f,轨道半径仍远小于水星轨道。5颗行星因距母恒星极近,表面温度过高,不会存在我们已知的生命形态。

拥有大量钻石的碳行星“巨蟹座55e”:与类地行星不同,碳行星又称钻石行星,它们形成于富含碳但缺乏氧的原行星盘。“巨蟹座55e”就是这样一颗碳行星,直径约2.1万千米,质量是地球的8.63倍。它绕母恒星的轨道不到水星轨道的二十五分之一,一年不到18个小时,表面温度接近2700°C。这类行星1/3质量都是碳,不少碳会因高温高压变成金刚石。

第一颗画出表面热量分布的系外行星:这是2013年哈勃望远镜确认“HD 189733 b”表面颜色为蓝色后所绘的想像图。该行星距离地球63光年,位于狐狸座。它是第一颗画出表面热量分布图的系外行星,并确认表面颜色为深蓝色。它的质量是木星的1.13倍,一年只有2.2天。HD 189733 b是继HD 209458 b之后,第二颗发现大气层气体正在蒸发的系外行星,表面温度约1000 °C。

拥有行星的红矮星:恒星K2-3是一颗拥有三颗行星的红矮星,这三颗行星都是属于“超级地球”类型的类地行星,并且都位于K2-3的宜居带内,它们距离地球约137光年。这三颗行星大小分别是地球的2.1倍、1.7倍、1.5倍,其中最外圈1.5倍地球大小的行星表面可能有适宜的温度,支持表面存在液态水海洋。

第一个直接成像的多行星星系:恒星“HR 8799”是一颗位于飞马座,距离地球129光年的主序星,质量是太阳的1.5倍,光度是太阳的4.9倍。这颗恒星系十分年轻,只有6000万年,星系包括部分岩屑盘和至少4颗大质量行星,是第一批直接被影像证实的系外行星。

距离最近的两颗行星:2012年6月21日,天文学家确认恒星“开普勒36”拥有两颗行星,这两颗行星是“超级地球”或“迷你海王星”类型的行星,而且它们之间距离不寻常地近,最近距离不到200万千米。这只是地球与金星最近距离的二十分之一,地球到月球距离的五倍。

身份不明的“Kepler-452b”:“Kepler-452b”发现于1989年,是个质量介于行星与恒星之间的天体,质量下限约为木星的11倍。早期研究认为它是一颗围绕恒星运转的褐矮星,褐矮星是与大部分主序恒星不同的次恒星,质量介于最重的气态巨行星或最轻的恒星之间。现在科学家认为它的特性更像行星,一旦确定,“Kepler-452b”将是最早发现的系外行星。

年度网络最红的系外行星:“开普勒452b”距离地球1400光年,位于母恒星的宜居带内,直径比地球大60%,地表重力加速度是地球两倍,与其母恒星的距离和日地距离相当。2015年7月23日NASA宣布,“开普勒452b”是已知系外类地行星中,与地球相似指数最高的行星。

轨道离心率最大的行星:“HD 80606 b”是一个位于大熊座的气态巨行星,距离地球约 190 光年,其质量是木星的4倍,公转周期111天。与木星不同的是,它和母恒星之间距离变化在 0.03 到 0.88 天文单位之间,是已知轨道离心率最大的系外行星。在远拱点时其光照量和地球相当,但近拱点时却是地球的800倍,其气候变化相当激烈,电脑模行预测该行星在一小时内就可使温度上升 555°C。

热木星附近也有同伴:“WASP-47”星系拥有两颗行星,一颗热木星和一颗超级地球类型的岩石行星。它们距离母恒星非常近,是个紧凑型的恒星系统,这也是第一次在一颗热木星类型的行星周围近距离的发现其他行星。

Ⅲ 超级地球:奇异新世界

早前,科学家们天真地认为,如果我们发现其它围绕恒星运转的行星,这些新行星应该跟我们太阳系内的行星相类似。

但是,我们错了,宇宙总是让人捉摸不透。目前发现的1900多颗(数字还在增加中)系外行星,许多与我们太阳系内行星很不一样,比方说2011年发现了围绕两颗恒星运行的行星。它就像是科幻电影《星球大战》中,围绕双星运动的行星塔图因,主人公卢克在这颗行星上,可以凝望“双日同落”。天文学的新发现,让科幻故事变为触手可及的现实。

星际移民或成现实


目前,已经发现的超级地球还只是冰山一角,随着现代观测手段的进步和新一代技术革新,发现超级地球的速度会越来越快。将来,人类可能找到围绕着类似太阳这样的恒星公转、并且适宜人类居住的行星。而一旦发现了这样的行星,星际移民也可能会变成现实。

2015年,英国学者确认了超级地球——GJ 581 d为首个系外宜居星球。这个行星大小约为地球的3倍,是人类在太阳系之外发现的第一个位于宜居带中的行星,距离地球仅约22光年,在浩瀚的宇宙中算得上是地球的“邻居”,科学家认为它是人类潜在的太空移民选择。

此外,“凌日系外行星勘测卫星(TESS)”,将于2017年由美国麻省理工学院负责发射,主要搜索距离太阳系较近的明亮恒星,看看能不能发现更多的像地球一样大小的行星,这样的行星越多代表着,生命存活的几率就越大,未来的星际移民几率也就越大。



本文源自大科技*科学之谜 2016年第10期杂志文章、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号:hdkj1997

Ⅳ 行星撞地球 当科幻电影桥段照进现实行星撞地球 当科幻电影桥段照进现实

我们常用“火星撞地球”来形容冲突的激烈程度,但最近一则外媒报道却告诉我们,这个用来打比方的情况可并非虚言!就在上个月月初,美国国家航空航天局 (NASA)发布消息称,3月21日一颗体积相当于法国埃菲尔铁塔两倍的小行星2001 FO32将在距离地球约200万千米的地方安全飞掠;而21日当天,该小行星也的确如预期般以安全距离掠过我们这颗蓝色的星球。

但这还没完,据称还有大量小行星可能正在向地球冲撞过来,它们的直径从10米到200多米不等。如果这是真的,难道地球毁灭、世界末日就近在眼前了?行星撞地球这个科幻电影里才会有的情节,竟然是真的?

01

关于要撞地球的行星

请先了解一下

太阳系由太阳及在其引力作用下围绕它运转的天体构成,包括八大行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星、流星体及行星际物质。太阳系中的行星是指围绕太阳以椭圆轨道运行、并且有足够大的质量使其表面达到流体静力平衡(近于球形)的天体,这些行星轨道附近的物体已通过碰撞并合与散射过程被清除。

除了熟知的八大行星,太阳系中还有一些矮行星。它们同样围绕太阳运转,但其质量较小,不能够清除其轨道附近的其他物体。太阳系内的矮行星有:冥王星、谷神星、阋神星、鸟神星和妊神星。近年来,研究人员还根据一些柯依伯天体轨道运动特征,推测在太阳系中可能存在“第九大行星”,但尚无观测证实这一猜想。

图1.银河系与太阳系 Credit:Astronomy.com

如果我们的目光落在太阳系以外的更广袤的宇宙空间,就会了解到,银河系中有数千亿颗恒星,而太阳只是银河系猎户座旋臂上一颗中小质量的主序恒星。而在浩瀚的宇宙中,还存在无数星系团,银河系也只是沧海一粟。与太阳系类似,宇宙中很多恒星的周围也存在行星,这些太阳系以外的行星被称为系外行星。

目前已发现并确认的系外行星接近4700颗,这些系外行星大小各异、轨道构型多样,构成了多姿多彩的行星世界。

02

过去、现在和将来

行星的运行轨道并非永恒

德国天文学家提丢斯和波得提出了行星同太阳的平均距离的经验定律,即提丢斯—波得定则。该定则提出,取一数列:0,3,6,12,24,48,96,192……然后加上4,再除以10,就可以得到以天文单位(地球和太阳的平均距离为1个天文单位)表示的各个行星同太阳的近似平均距离。1781年,天文学家Herschel发现天王星差不多恰好处在定则所预言的位置上。提丢斯当时还预言,在火星和木星之间,距太阳2.8天文单位处应该还有一个行星。但是后续的观测发现,这片区域实际是呈带状分布的小行星世界,即主带小行星。

法国数学家、物理学家拉普拉斯认为,太阳系是完全稳定的。但是1994年,巴黎天文台的研究人员Jacques Laskar等人的工作第一次证明水星的轨道运动是不稳定的。他利用超级计算机进行的模拟结果显示,未来的30亿年到40亿年中,木星和水星之间微妙的引力摄动作用可能导致一个难以想象的后果——太阳系内部的行星离开现在的轨道位置,金星和水星最终可能猛烈地撞在一起。这项研究工作提醒我们,行星并非总处于永恒的、有规律的轨道。它们可能变得很不稳定,即便没有外界的影响,太阳系在未来的60亿年时间里也会变得杂乱无章。

图2.行星形成的核吸积碰撞过程 Credit:Rebecca Boyle,Nature,2018

太阳系的诞生和演化过程本身也充满了动荡,在行星形成和生长的阶段,太阳系中会发生剧烈的碰撞和散射过程。外太阳系的四颗巨行星也曾经发生过大幅度的轨道迁移,扰乱了内外太阳系中诸多小天体的运动,影响了内太阳系类地行星的演化,最终重塑了整个太阳系。

此外,月球表面的撞击坑也是太阳系形成后期“暴力事件”的见证。科学家们通过分析阿波罗任务带回的月球样品发现,月球在大约39亿年前似乎频繁遭受了各种小天体的撞击——这就是月球 历史 上著名的“晚期重度轰击”(Late Heavy Bombardment,LHB)事件。在太阳系形成晚期,这些天体碰撞事件非常普遍,今天我们可以看到内太阳系的水星或大行星的卫星也可能是共同“受害者”。

03

撞地球的高危分子真不少

还好威胁度高的几率没有特别大

在1998年上映的美国科幻灾难片《天地大冲撞》中,“毕德曼彗星”正朝着地球飞奔而来,彗星碎成了一大一小两部分,较小的那部分彗星撞向地球,引发山崩地裂,一片世界末日的景象;而跟随其后的大彗星给地球带来的毁灭程度,更是远远超乎了人们的想象。

2020年上映的好莱坞灾难大片《末日逃生》再次呈现了彗星撞向地球造成的重大灾难场景。由此可见,人们对于宇宙中天体撞击地球事件的忧患,警示人类需要居安思危,避免这些灾难的发生。目前,撞向地球的天体大多是太阳系内部的小天体,包括小行星和彗星。小行星离太阳由近及远可分为:近地小行星(NEOs)、主带小行星(MBAs)、特洛伊天体(Trojans)、半人马天体、柯伊伯带天体(KBOs)。目前已发现超过一百万颗小行星,其中近地小行星超过25000颗,主带小行星更是超过50万颗。

一般来说,与地球轨道距离小于0.3天文单位(4500万千米)的称为近地小行星,与地球的交会距离小于0.05天文单位(750万千米,约20倍地月距离)、且直径大于140米的被列为潜在威胁天体(PHO/PHA)。当小行星越过750万千米这条“警戒线”,它就有可能撞向地球。已发现的近地小行星中,有2000多颗可能对地球构成潜在威胁。

当今对地球威胁程度最高的是于2004年发现的近地小行星(99942)Apophis(阿波菲斯)。“阿波菲斯”将于2029年4月13日从地球身边飞掠,最近距离约为3.2万千米;之后,2036年还会再次降临,危险性极大。但撞击地球的几率也很低,远低于0.01%。

据统计,直径大于140米的小行星撞击事件约3万年发生一次;直径大于1千米的小行星撞击事件约100万年发生一次;直径大于5千米的小行星撞击地球的情况,大约3000万年发生一次;而直径大于6千米的小行星撞击地球这等规模的,上亿年才可能发生一次。

除了太阳系内小天体,近年来还出现了两位来自太阳系外的“星际访客”:“Oumuamua(1I/2017 U1)”和彗星2I/Borisov,其中1I/ʻOumuamua被发现时其与地球轨道距离约为0.2个天文单位(大约3000万千米)已达到近地小行星标准。未来也并不排除会有更多星际天体闯入我们太阳系,当然星际天体撞向地球的概率远小于太阳系内的近地小天体。

图3.太阳系小天体分布 Credit: NASA

04

对地球的撞击事件一直在进行中

探测能力越强 发现数目越大

当撞击地球的小行星直径达到15米,就可能造成严重的人员伤亡和财产损失,比如2013年2月15日的俄罗斯车里雅宾斯克陨石事件。该事件造成了约1200人受伤、近3000座建筑受损。

当小行星直径达到25米以上,可能发生空爆,爆炸能量相当于1兆吨TNT当量,并引发火流星事件,如1908年的通古斯爆炸事件(直径50米)、2015年泰国曼谷火星事件和2020年12月青海玉树的火流星事件。

当小行星直径超过140米就可能造成地区规模的破坏,引发地震和海啸等次生灾害。直径超过1千米的小行星撞击则可能造成全球灾变,对地球环境、人类和生物圈都会产生重大影响。如果小行星直径达到10千米,则会造成大规模物种灭绝,如6500万年前的恐龙灭绝。

根据全球陨坑统计,已撞击地球的小行星中直径为140米以上的约14000颗(已发现约5000颗),40米至140米之间的大约30万颗(发现约2600颗),直径40米以下的估计几百万颗。由于地球存在活跃的地质演化活动,更多的陨击坑在地球上已难寻踪迹。

图4.1988年4月至2021年3月全球火流星事件 Credit:JPL/Caltech

除了剧烈的撞击事件,彗星的喷发、分裂产生的尘埃颗粒与地球的“亲密接触”还可能带来壮观的天文现象——流星雨。当彗星穿过地球运行的轨道,大量的尘埃颗粒撞入大气层,形成流星雨。彗星的烧蚀产物成为水汽凝核,从而会影响气候和降水。彗星陨落也会给太阳系内行星表面带去水冰等挥发物质,这对于研究地球表面水的来源和生命起源也具有重要意义。

其实,小行星飞掠地球的事件几乎每天都会发生,这并不是因为经过我们的近地小行星变得越来越多了,而是现在的探测能力越来越强大。分布在世界各国的国际小行星预警网(IAWN)所属的众多望远镜都在紧盯着这些危险的目标,对它们进行严密的监视,地基望远镜包括美国夏威夷的Pan-STARSS, 智利北部的LSST和位于江苏盱眙的紫金山天文台近地天体望远镜等。

中科院紫金山天文台-陈向阳提供

近十年来,国际小行星深空探测任务也在如火如荼的开展,2012年我国“嫦娥二号”探测器成功飞越近地小行星图塔蒂斯(Toutatis),2015年美国NASA“黎明号”(Dawn)完成对谷神星和灶神星这两个太阳系最大的原初行星胚胎的环绕探测;2020年,日本的“隼鸟2号”顺利完成对近地小行星龙宫(Ryugu)采样返回任务;NASA 的“冥王号”(OSIRIS-REx)航天器也完成了对近地小行星贝努(Bennu)的探测,即将携带样品返回地球。

作者 | 季江徽 中国科学院紫金山天文台研究员

审核 | 左 维 中国科学院国家天文台研究员

我们常用“火星撞地球”来形容冲突的激烈程度,但最近一则外媒报道却告诉我们,这个用来打比方的情况可并非虚言!就在上个月月初,美国国家航空航天局 (NASA)发布消息称,3月21日一颗体积相当于法国埃菲尔铁塔两倍的小行星2001 FO32将在距离地球约200万千米的地方安全飞掠;而21日当天,该小行星也的确如预期般以安全距离掠过我们这颗蓝色的星球。

但这还没完,据称还有大量小行星可能正在向地球冲撞过来,它们的直径从10米到200多米不等。如果这是真的,难道地球毁灭、世界末日就近在眼前了?行星撞地球这个科幻电影里才会有的情节,竟然是真的?

01

关于要撞地球的行星

请先了解一下

太阳系由太阳及在其引力作用下围绕它运转的天体构成,包括八大行星及其卫星、矮行星、小行星、彗星、流星体及行星际物质。太阳系中的行星是指围绕太阳以椭圆轨道运行、并且有足够大的质量使其表面达到流体静力平衡(近于球形)的天体,这些行星轨道附近的物体已通过碰撞并合与散射过程被清除。

除了熟知的八大行星,太阳系中还有一些矮行星。它们同样围绕太阳运转,但其质量较小,不能够清除其轨道附近的其他物体。太阳系内的矮行星有:冥王星、谷神星、阋神星、鸟神星和妊神星。近年来,研究人员还根据一些柯依伯天体轨道运动特征,推测在太阳系中可能存在“第九大行星”,但尚无观测证实这一猜想。

图1.银河系与太阳系 Credit:Astronomy.com

如果我们的目光落在太阳系以外的更广袤的宇宙空间,就会了解到,银河系中有数千亿颗恒星,而太阳只是银河系猎户座旋臂上一颗中小质量的主序恒星。而在浩瀚的宇宙中,还存在无数星系团,银河系也只是沧海一粟。与太阳系类似,宇宙中很多恒星的周围也存在行星,这些太阳系以外的行星被称为系外行星。

目前已发现并确认的系外行星接近4700颗,这些系外行星大小各异、轨道构型多样,构成了多姿多彩的行星世界。

02

过去、现在和将来

行星的运行轨道并非永恒

德国天文学家提丢斯和波得提出了行星同太阳的平均距离的经验定律,即提丢斯—波得定则。该定则提出,取一数列:0,3,6,12,24,48,96,192……然后加上4,再除以10,就可以得到以天文单位(地球和太阳的平均距离为1个天文单位)表示的各个行星同太阳的近似平均距离。1781年,天文学家Herschel发现天王星差不多恰好处在定则所预言的位置上。提丢斯当时还预言,在火星和木星之间,距太阳2.8天文单位处应该还有一个行星。但是后续的观测发现,这片区域实际是呈带状分布的小行星世界,即主带小行星。

法国数学家、物理学家拉普拉斯认为,太阳系是完全稳定的。但是1994年,巴黎天文台的研究人员Jacques Laskar等人的工作第一次证明水星的轨道运动是不稳定的。他利用超级计算机进行的模拟结果显示,未来的30亿年到40亿年中,木星和水星之间微妙的引力摄动作用可能导致一个难以想象的后果——太阳系内部的行星离开现在的轨道位置,金星和水星最终可能猛烈地撞在一起。这项研究工作提醒我们,行星并非总处于永恒的、有规律的轨道。它们可能变得很不稳定,即便没有外界的影响,太阳系在未来的60亿年时间里也会变得杂乱无章。

图2.行星形成的核吸积碰撞过程 Credit:Rebecca Boyle,Nature,2018

太阳系的诞生和演化过程本身也充满了动荡,在行星形成和生长的阶段,太阳系中会发生剧烈的碰撞和散射过程。外太阳系的四颗巨行星也曾经发生过大幅度的轨道迁移,扰乱了内外太阳系中诸多小天体的运动,影响了内太阳系类地行星的演化,最终重塑了整个太阳系。

此外,月球表面的撞击坑也是太阳系形成后期“暴力事件”的见证。科学家们通过分析阿波罗任务带回的月球样品发现,月球在大约39亿年前似乎频繁遭受了各种小天体的撞击——这就是月球 历史 上著名的“晚期重度轰击”(Late Heavy Bombardment,LHB)事件。在太阳系形成晚期,这些天体碰撞事件非常普遍,今天我们可以看到内太阳系的水星或大行星的卫星也可能是共同“受害者”。

03

撞地球的高危分子真不少

还好威胁度高的几率没有特别大

在1998年上映的美国科幻灾难片《天地大冲撞》中,“毕德曼彗星”正朝着地球飞奔而来,彗星碎成了一大一小两部分,较小的那部分彗星撞向地球,引发山崩地裂,一片世界末日的景象;而跟随其后的大彗星给地球带来的毁灭程度,更是远远超乎了人们的想象。

2020年上映的好莱坞灾难大片《末日逃生》再次呈现了彗星撞向地球造成的重大灾难场景。由此可见,人们对于宇宙中天体撞击地球事件的忧患,警示人类需要居安思危,避免这些灾难的发生。目前,撞向地球的天体大多是太阳系内部的小天体,包括小行星和彗星。小行星离太阳由近及远可分为:近地小行星(NEOs)、主带小行星(MBAs)、特洛伊天体(Trojans)、半人马天体、柯伊伯带天体(KBOs)。目前已发现超过一百万颗小行星,其中近地小行星超过25000颗,主带小行星更是超过50万颗。

一般来说,与地球轨道距离小于0.3天文单位(4500万千米)的称为近地小行星,与地球的交会距离小于0.05天文单位(750万千米,约20倍地月距离)、且直径大于140米的被列为潜在威胁天体(PHO/PHA)。当小行星越过750万千米这条“警戒线”,它就有可能撞向地球。已发现的近地小行星中,有2000多颗可能对地球构成潜在威胁。

当今对地球威胁程度最高的是于2004年发现的近地小行星(99942)Apophis(阿波菲斯)。“阿波菲斯”将于2029年4月13日从地球身边飞掠,最近距离约为3.2万千米;之后,2036年还会再次降临,危险性极大。但撞击地球的几率也很低,远低于0.01%。

据统计,直径大于140米的小行星撞击事件约3万年发生一次;直径大于1千米的小行星撞击事件约100万年发生一次;直径大于5千米的小行星撞击地球的情况,大约3000万年发生一次;而直径大于6千米的小行星撞击地球这等规模的,上亿年才可能发生一次。

除了太阳系内小天体,近年来还出现了两位来自太阳系外的“星际访客”:“Oumuamua(1I/2017 U1)”和彗星2I/Borisov,其中1I/ʻOumuamua被发现时其与地球轨道距离约为0.2个天文单位(大约3000万千米)已达到近地小行星标准。未来也并不排除会有更多星际天体闯入我们太阳系,当然星际天体撞向地球的概率远小于太阳系内的近地小天体。

图3.太阳系小天体分布 Credit: NASA

04

对地球的撞击事件一直在进行中

探测能力越强 发现数目越大

当撞击地球的小行星直径达到15米,就可能造成严重的人员伤亡和财产损失,比如2013年2月15日的俄罗斯车里雅宾斯克陨石事件。该事件造成了约1200人受伤、近3000座建筑受损。

当小行星直径达到25米以上,可能发生空爆,爆炸能量相当于1兆吨TNT当量,并引发火流星事件,如1908年的通古斯爆炸事件(直径50米)、2015年泰国曼谷火星事件和2020年12月青海玉树的火流星事件。

当小行星直径超过140米就可能造成地区规模的破坏,引发地震和海啸等次生灾害。直径超过1千米的小行星撞击则可能造成全球灾变,对地球环境、人类和生物圈都会产生重大影响。如果小行星直径达到10千米,则会造成大规模物种灭绝,如6500万年前的恐龙灭绝。

根据全球陨坑统计,已撞击地球的小行星中直径为140米以上的约14000颗(已发现约5000颗),40米至140米之间的大约30万颗(发现约2600颗),直径40米以下的估计几百万颗。由于地球存在活跃的地质演化活动,更多的陨击坑在地球上已难寻踪迹。

图4.1988年4月至2021年3月全球火流星事件 Credit:JPL/Caltech

除了剧烈的撞击事件,彗星的喷发、分裂产生的尘埃颗粒与地球的“亲密接触”还可能带来壮观的天文现象——流星雨。当彗星穿过地球运行的轨道,大量的尘埃颗粒撞入大气层,形成流星雨。彗星的烧蚀产物成为水汽凝核,从而会影响气候和降水。彗星陨落也会给太阳系内行星表面带去水冰等挥发物质,这对于研究地球表面水的来源和生命起源也具有重要意义。

其实,小行星飞掠地球的事件几乎每天都会发生,这并不是因为经过我们的近地小行星变得越来越多了,而是现在的探测能力越来越强大。分布在世界各国的国际小行星预警网(IAWN)所属的众多望远镜都在紧盯着这些危险的目标,对它们进行严密的监视,地基望远镜包括美国夏威夷的Pan-STARSS, 智利北部的LSST和位于江苏盱眙的紫金山天文台近地天体望远镜等。

中科院紫金山天文台-陈向阳提供

近十年来,国际小行星深空探测任务也在如火如荼的开展,2012年我国“嫦娥二号”探测器成功飞越近地小行星图塔蒂斯(Toutatis),2015年美国NASA“黎明号”(Dawn)完成对谷神星和灶神星这两个太阳系最大的原初行星胚胎的环绕探测;2020年,日本的“隼鸟2号”顺利完成对近地小行星龙宫(Ryugu)采样返回任务;NASA 的“冥王号”(OSIRIS-REx)航天器也完成了对近地小行星贝努(Bennu)的探测,即将携带样品返回地球。

作者 | 季江徽 中国科学院紫金山天文台研究员

审核 | 左 维 中国科学院国家天文台研究员

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Ⅳ 新发现的系外行星上可以看到三个太阳,“三体”成为现实

国外的天文学家发现一颗系外行星,在这颗行星上可能同时可以看到三个太阳升起的奇观。难道科幻小说中的“三体”系统真的在现实宇宙中出现了吗?




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