“快许愿!”当流星划过夜空,浪漫的祈愿仪式即将再次上演。
天文通最新观测数据显示,8月13日,将迎来入秋的第一场流星雨——英仙座流星雨。这场秋夜流星雨,将带我们见证宇宙最诗意的科学奇迹。你准备好许下心愿了吗?在双手合十之前,不妨先了解这些划过夜空的“宇宙信使”背后,都藏着哪些令人惊叹的秘密。
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01 受引力“邀请”的“客人”
虽然那些划破夜空的“外来者”们被统称为流星,但实际上它们的来源却是多种多样的。可以这么理解,凡是经过地球附近的小型天体,因为距离过近而被地球的引力所捕获,它们都会进入大气层坠落到地表,形成“流星”。而这些“外来者”主要有以下几种:
彗星残骸
当彗星接近太阳时,它的彗核表面因为“太阳风”的吹拂,会有大量固体物质升华形成“冰火山”。在这个过程中,彗星会喷涌大量含有硅酸盐尘埃的冰晶颗粒。这些冰晶颗粒如果被地球的引力所捕获,就会形成壮观的“流星雨”。例如著名的“狮子座流星雨”,就来源于一颗名为“坦普尔-塔特尔”的彗星所喷发的硅酸盐颗粒。
小行星碎片
太阳系除了八大行星,实际上还存在数不胜数的小行星。例如在火星与木星轨道之间,分布着超过107万颗小行星,这片区域因此被称为小行星主带。除此之外,在海王星轨道外侧,存在一片名为柯伊伯带的小行星区域,这片区域里存在大量以冰物质形态呈现的小行星。在这些数以千百万计的小行星中,总会时不时有一些“迷途的羔羊”离开固定的轨道区域,朝着太阳系中心位置开始流浪。如果它们流浪的路径恰好经过地球,同样有可能因为引力原因,化作天边的流星。
太阳系外星体
相比前两者,太阳系外星体要稀少得多。毕竟穿越广袤的银河系进入太阳系,那是一段漫长的历程,更不用说在进入太阳系后恰好“撞上”地球的概率了。不过稀少并不等于不存在,2014年1月8日,一颗后来被命名为“cneos 2014-01-08”的流星坠落在巴布亚新几内亚东北海岸。据天文学家研究,这颗小行星极有可能来自另一个恒星系统,它也是迄今已知的首个地球太阳系外访客。
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02 很小,但很明亮
在部分人想象中,能够在遥远夜空中拖着长长尾迹坠下的流星,应该都是庞然大物,但事实往往是反直觉的。绝大多数流星,直径都在1毫米到1厘米之间,直观看来只有豆子大小。如果超过拳头大小,都称得上庞然大物了。
绝大多数流星体积不大,不过它们在进入地球大气层的过程中却能发出极度耀眼的光芒。这是因为当它们闯入大气层,前方被极致压缩的空气在千分之一秒内升温至3000℃,此时并非简单摩擦生热,而是更加剧烈的物理化学变化。因为高速的粒子撞击可以使流星周围的空气分子电离,形成温度高达12000℃的等离子体包层,这个包层就能释放出耀眼的光芒。
除此之外,根据流星不同成分的区别,它的本体还会给光芒加上颜色——含有钠原子的流星能发出橙黄光,含镁的释放蓝绿光,而含铁的则会闪耀金色的光泽。
03 “穿越”的结局
由于大部分流星体积很小,它们往往在进入大气层的过程中,就燃尽了自己,将整个身体化作了那划破苍穹的一道光线。不过总有例外——那些直径能以米为尺度计算的流星,虽然它们在流星中占的比例很小,但是考虑到坠入大气层的流星基数十分庞大(据估计每天能达到上百亿颗),所以这种尺寸的流星也并不在少数。它们在坠落过程中并不会完全燃烧,残骸将坠落在地表,成为我们熟知的陨石。
而那些直径超过15米的流星在穿越过大气层后,爆发的能量是可怕的。2013年在俄罗斯车里雅宾斯克州,一颗直径超过17米的陨石冲入大气层后,在距地面约24公里时爆炸,据估计爆炸威力高达50万吨TNT当量,相当于美国投放在广岛那颗原子弹的30倍。这颗陨石爆炸后产生的碎片造成了大量建筑损毁以及上千人受伤。
而更为震撼的是1908年发生于现俄罗斯西伯利亚通古斯河附近的大爆炸事件,这次爆炸威力高达2000万吨TNT当量,摧毁了2000平方公里的针叶林。据科学家们研究估计,造成通古斯大爆炸的元凶,是一颗直径约65米的巨大陨石。这种尺寸的陨石如果坠落在海洋里,所引发的海啸甚至能吞没沿岸数十公里的城市。这些巨大陨石带着巨大的动能撞击地表,足以造成地质以及生态灾难。也正因为有此先例,所以在人类拍摄的灾难片中,总少不了天降巨大陨石灭世的桥段。
04 物种进化的“催化剂”
体积过大的陨石造成灭世灾难,这其实不仅仅存在于人类的想象中,而是地球数亿年物种进化史上的真实事件。
在地球生命进化的历程中,曾经历了五次大灭绝事件。其中至少两次明确由巨大陨石撞击地球引发,还有一次也极可能与之相关。它们分别是4.45亿年前的奥陶纪冰川事件,3.7亿年前的泥盆纪大灭绝,以及6600万年前的白垩纪大灭绝。其中白垩纪大灭绝正是造成恐龙退出物种进化舞台的大事件。
当然,陨石带来的不光是毁灭,在物种进化史上,它往往也代表着“革新”,能够推动物种的进化。就以白垩纪大灭绝来说,要不是巨大陨石对恐龙造成的毁灭性打击,为地球的物种进化腾出生态位,哺乳动物也许至今都还躲在丛林的角落瑟瑟发抖,更轮不到咱们人类站在地球食物链顶端了。
不仅如此,有生物学家甚至认为地球生命的起源也与陨石有巨大关系。四十多亿年前的地球,地表大部分都被原始海洋所覆盖,那时候也没有生命的存在。而天外的陨石坠入海洋之中,其携带的氨基酸与核酸碱基在漫长岁月中经过极小概率的化学反应,生成了带有原始细胞膜结构的脂质体,这就是生命的雏形。
虽然这种观点到目前为止依然是地球生命起源众多假说中的一种,但它也足以说明,来自天外的陨石与地球生命演化的进程有着密切的关系。
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05 陨铁真能造神器吗?
无论是东方传说还是西方神话,用“天外陨铁”锻造神兵的桥段屡见不鲜。古人为何如此推崇陨石?其实,这背后有一定科学依据。
古代冶炼技术有限,工匠们只能凭直觉与经验,提升金属制品的性能,偶然用陨铁打造武器时,发现其性能远超普通铁器——更锋利、更坚韧,且不易生锈。于是,“神兵利器”的传说便流传开来。
其实站在科学的角度来看,这事并没有那么神奇。坠入地球的陨石成分多样,除了铁之外,还含有少量的镍和钴。这两种金属具有高强度、高韧性、高耐腐蚀度的特性,在现代广泛用于特种合金钢冶炼,许多航空航天设备的关键部位都会用到它们所冶炼而成的合金钢。但是古人并不具备将镍和钴与铁冶炼成合金的技术,因此这些来自流星的“陨铁”自然就变成了无法批量生产,极其稀缺的“天才地宝”。
如今,我们早已可以冶炼出性能更加优秀的合金钢,这些陨石自然也褪去了神秘的面纱。
当新疆哈密博物馆的“银骆驼”铁陨石在展柜中静卧,当芝加哥菲尔德博物馆的威拉姆特陨石吸引游客惊叹,这些来自深空的信使仍在诉说着宇宙的故事。它们既是毁灭恐龙的天火,也是孕育生命的星尘。在每次流星划过的瞬息光亮中,我们见证的不仅是物质形态的转换,更是宇宙与地球亿万年的深情对话。正如天文学家卡尔·萨根所言:“我们由星尘所铸,而今仰望群星。”这或许就是陨石带给人类最深刻的启示。
供稿单位:重庆科技馆
作者:CPU,科普作者
审核专家:李春藜
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