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2013-11-21

车里雅宾斯克陨石的新结果带来的惊奇

归档于: 天文空间科学, 译文快递 @ 11:00 pm

Kelly Beatty
译自SkyandTelescope.com,2013年11月7日

新的分析结果表明,2013年2月15日发生的小行星碎片撞击地球事件可能并非是先前研究者认为的百年一次的事件。相反,这些潜在的撞击发生频率可能比先前所认为的更为频繁,毁灭性也更强。

住在俄罗斯车里雅宾斯克(Chelyabinsk)并在今年2月15日上午9:20:32仰望天空的人都会看到极其壮观的大质量火流星陨星,比早晨的太阳还要明亮。它在20到30英里(30到45千米)的高度上猛烈瓦解。然后88秒之后,强烈的冲击波将一些居民推倒,让超过1000人受伤(其中包括闪光引起的灼伤),并震碎了城市中将近一半的公寓楼窗户。

2013年年2月15日,一颗庞大的流星体在俄罗斯的车里雅宾斯克上空爆发开来,产生了过去一个世纪以来最猛烈的宇宙冲击。(图片提供:Uragan.TT/Wikimedia Commons)

在惊恐地死里逃生之余,科学家认为他们是幸运的,这次宇宙撞击发生在市中心。这是由于城市中的安全迷市民们使用无数架在楼房上的摄像机以及汽车里的摄像头捕获了这次事件。所有这些结合从太空中向下俯瞰地球的国防卫星以及由全面禁止核试验条约组织(CTBTO)维护的全球性次声波网络让研究者可以以空前的精度仔细研究这一事件。6日他们在《自然》杂志发表的两篇论文以及《科学》杂志发表的一篇论文中公布了他们的发现。

撞击天体本身是起源于小行星带的任性入侵者。捷克科学院天文学研究所的吉里·波罗维茨卡(Jiří Borovička)等人进行的详细轨道重构表明,这一天体来自高度偏心的低倾角轨道,与尚未命名的86039号小行星轨道非常接近。最有可能的情况是,这两个天体曾经都是一个天体的组成部分,在过去遭遇了与另一颗小行星的碰撞之后,该天体将碎片抛到了与地球轨道相交的轨道上。

在撞击地球之前,车里雅宾斯克陨星的轨道与尚未命名的86039号小行星很相似。(图片提供:Jiří Borovička)

研究者还齐心协力估计出了以TNT爆炸当量表示的撞击的能量。由西安大略大学的彼得·布朗(Peter Brown)领导的小组认为,单凭可见光辐射就可以说明,撞击能量相当于至少47万吨TNT。不过强烈的地震波给出的不太确切的“最佳估计”是43万吨,而军用卫星上的传感器表明应该是53万吨。最后CTBTO次声波网络的记录给出的数值是略大的60万吨。

虽然有这些不确定性,车里雅宾斯克撞击事件是1908年西伯利亚的通古斯地区发生标志性爆炸之后地球遭遇的最猛烈的撞击。撞击的岩石天体直径接近62英尺(19米),质量大约为12万吨(这相当于初始估计的将近2倍)。

研究者总结说,如果没有很幸运的两点,地面遭受的破坏要更大。首先撞击天体以非常平缓的角度入射,与水平方向夹角只有17度。在瓦解时,产生的冲击波是呈柱形扩散的,而不是扩散自单一的爆炸点,这样会让爆发能量扩散到更大更不集中的区域。如果入射路径再竖直一点(就好像是通古斯爆炸那样),其造成的损害会更严重。

车里雅宾斯克火流星残留尾迹内部温度的彩色计算机模型,此时相当于陨星爆发后的50秒。注意外围的灰色包层大致呈圆柱形,表明冲击波是来自一列直线排列的碎裂残片的。(图片提供:Peter Brown & others)

第二是根据俄罗斯科学院陆圈动力学的奥尔加·波波娃(Olga Popova)领导的“车里雅宾斯克空中爆炸联合小组”进行的分析,回收的碎片表明,入射天体是结合在一起的单一天体,但只是将将结合到一起。

小组报告称,车里雅宾斯克陨星的母天体必然在44.5亿年前经历过突发的热事件或撞击,此时距离太阳系的形成有1.15亿年,这样其内部穿插着填充有富金属玻璃质的裂缝网络。来自SETI研究所的小组成员彼得·杰尼斯肯斯(Peter Jenniskens)解释说,这些先前就存在的网络“让天体更为脆弱,它沿这些裂纹破碎开来。”

车里雅宾斯克陨石的碎片,宽约4厘米,展示了交织的裂缝,其中填充着被冲击波熔融的物质。(图片提供:Olga Popova & others)

但研究者很难对此感到满意。举例来说,布朗与他的小组继续在编纂一份全球性的列表,其中列举了过去20年间的空中爆炸事件。(车里雅宾斯克可能是最强烈的一次,但是并非记录在案的唯一一次)。他们发现直径几十米的天体撞击的频率是仅仅根据望远镜巡天的结果估计的7到10倍,不过这里也有很大的不确定性,因为这样的事件很稀少。不过布朗的结果仍表明,平均而言车里雅宾斯克级别的事件并非先前认为的每世纪只会发生1次,而是每几十年就会发生一次。

另一个担心是,研究者并不认为如此质量范围的天体会在如此低的高度解体。现在的观点是,冲击波会被自身的动量驱使到更下更深处,这一理论最早由桑迪亚(Sandia)国立实验室的马克·博斯劳(Mark Boslough)在6年前提出、用于解释通古斯爆炸800平方英里的破坏面积。博斯劳还进一步指出,撞击事件“比同当量的核爆炸破坏力还要强”,这是由于在核爆炸中一半的能量会以辐射而非冲击波或热量的形式逃逸出去。

这些结果令人兴奋而冷静。质量与车里雅宾斯克陨星相当、对地球有威胁的未知天体数量以百万计。更糟的是,2月流浪的撞击天体是从逆着阳光的方向来袭的,这让它无法被提前探测到。

那么为了防卫地球免遭曾经认为过小而无法造成真正损害的天体的攻击,我们的“作战计划”是什么?人们正在讨论相关的主意。夏威夷大学的一个小组希望能在2015年之前用上小行星撞击地球临期预警系统(ATLAS)。私人赞助的B612基金会提出了哨兵卫星,它将在红外波段扫描地球轨道以内的区域。概念类似的是最早在2005年提出的NEOCam

同时NASA尝试着发起一项“大挑战”,试图带来创造性的概念;而联合国则尝试建立“国际小行星预警小组”。

这些是迈向综合性全球政策有用的第一步。不过一些研究者在考虑,2月让人惊讶的这一事件,再结合对相对较小的小行星可以造成严重损失的认识,应该可以促使探测防御系统更快地建立起来。人们不得不怀疑,如果一块任性的太空岩石出现在芝加哥而非车里雅宾斯克上空,大家的反应会有何不同。

 

译文登载在http://www.astron.ac.cn/bencandy-3-9940-1.htm

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