如果地球與太陽系最大的彗星相撞會發(fā)生什么？

伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大彗星，它的彗核直徑約為119公里。如果這樣一個物體撞擊地球，傳遞給地球的能量將是6500萬年前K-Pg撞擊事件能量的數(shù)千到一萬倍。

地球正面臨著一個巨大的生存威脅，來自太陽系遙遠邊緣的奧爾特云。這是一個形成于太陽系之初的球體云團，主要由形成太陽和行星的原始物質的殘余組成，與地球的距離從1000倍天文單位到1~2光年不等。

如今，這些主要由“冰”（由水冰、甲烷、乙烷、一氧化碳或氰化氫等物質組成）和巖石組成的天體仍在太陽系最深處以緩慢、準穩(wěn)定的軌道運行。但每隔一段時間，一次偶然的引力碰撞便會擾亂其中某個特定天體的軌道，使其傾斜進入太陽系內(nèi)部。盡管這些天體的周期可以長達數(shù)百萬年，但來自另一個大質量天體的引力“助推”，可能會讓它們中的任意一個進入可能最終撞上地球的軌道。

伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的彗星，根據(jù)計算，它在穿過太陽系時并不會撞擊地球。但是，這顆彗星在遙遠的未來會發(fā)生什么，我們只能猜測。如果它與地球的碰撞真的發(fā)生，會是什么樣的場景呢？

這張伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星（編號為C/2014 UN271）的照片拍攝于2017年，當時該彗星距離地球約25天文單位。到2031年，這顆彗星將到達最接近地球的位置，距離大約為11天文單位。值得慶幸的是，在這個天體經(jīng)過地球期間，地球不會受到它的威脅，但在450萬年后，它將再度靠近地球。

當一個物體撞擊地球時，就其所造成的破壞而言，我們擔心的主要有三點：

（1）物體的質量。質量越大，地球吸收的能量就越大，破壞也就越大。如果你將撞擊物體的質量加倍，傳遞到地球上的能量也會加倍；

（2）物體移動的速度。物體移動得越快，它所帶來的動能就越大，而這些動能在撞擊時就會消散到地球上，從而造成我們必然會擔心的破壞性影響。如果你把撞擊物體的速度提高一倍，注入地球的能量就會翻四倍——碰撞中傳遞的能量與撞擊物體相對地球速度的平方呈正比。

（3）物體是由什么組成的。成分并不能決定一切，但一個“更多巖石”的物體通常比一個“更多冰”的物體危險得多，原因有以下幾個：小行星更有可能撞擊地面并形成撞擊坑，而彗星更有可能在空中爆炸；彗星有更多的揮發(fā)物，因此更有可能分裂成更小的碎片，其中一些可能完全與地球擦肩而過，而那些撞上地球的碎片肯定會在大氣中消耗一些能量；最后，小行星中含有更多的微量元素，攝入或吸入這些元素可能會產(chǎn)生毒性效應，因此它們對生命的威脅更大。

圍繞著太陽的內(nèi)外奧爾特云的圖解。這個球體云團由兩部分組成：內(nèi)層是環(huán)形的，外層是球形的。外層奧爾特云的實際范圍可能小于1光年，也可能在3光年以上；這中間存在著巨大的不確定性。伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星的遠日點可能略小于1光年。

當然，我們還需要考慮其他問題，比如撞擊的位置和角度，但只有這些撞擊的規(guī)模比較小時，這些擔憂才有意義。這里的“比較小”，指的是撞擊事件不太可能導致大規(guī)模的生物滅絕。一般來說，如果一個撞擊地球的物體直徑達到1公里或更多時，就將構成嚴重的威脅；不僅可能意味著人類文明終結，還可能導致絕大部分地球現(xiàn)存物種的滅絕。

作為參考，在6500萬年前撞擊地球、導致地球歷史上第五次大滅絕的天體，幾乎可以肯定是一顆小行星，而不是一顆彗星。通過對希克蘇魯伯撞擊坑的探索，包括撞擊坑的大小，以及在全球各地的沉積巖地層中發(fā)現(xiàn)的富含銥的火山灰層，都有力地表明當時撞擊地球的是一顆小行星。小行星撞擊地球的可能性也明顯高于彗星，因為它們：

（1）一開始就與行星幾乎在同一個平面上；

（2）與太陽系最大的“引力擾動器”——木星——的距離相對較近；

（3）來到地球的距離與彗星相比更近，這使得它們直接撞擊地球的可能性更大。

總之，我們所知道的白堊紀-古近紀（K-Pg）滅絕事件很可能是由一顆直徑約10公里的巖石小行星引起的，該天體可能就來自小行星帶。

這個動畫描繪了過去20年已知近地天體（NEOs）在不同時間點上的位置變化，最后的畫面是截至2018年1月的所有已知小行星地圖。為了準確地知道一顆小行星（或任何近地物體）的軌道特征，我們必須在許多不同的時間點上測量其位置和速度。更遙遠的物體，比如來自柯伊伯帶或奧爾特云的物體，將會產(chǎn)生更大的撞擊速度和能量。

你可能會覺得這一切很了不得，在某些方面確實如此。但以下事實或許會讓你對那次災難性的事件有更清晰的了解：

（1）一顆小行星的典型密度在每立方厘米2到3克之間，這意味著，對于6500萬年前撞擊地球的那顆10公里寬的小行星來說，它的總質量可能是數(shù)萬億噸；

（2）小行星受到擾動進入太陽系內(nèi)部時，通常以每秒25公里左右的速度穿過地球軌道。考慮到地球以大約每秒30公里的速度繞太陽運行，而小行星與地球通常以大致相同的方向繞太陽運行，因此一顆小行星撞擊地球的典型速度約為每秒17到20公里；

（3）把這些因素綜合在一起，無論有沒有其他不確定因素，那次撞擊的總能量大約在10^24焦耳左右。

但如果是一個來自奧爾特云最遠端且質量相當?shù)奈矬w，那撞擊速度將會大得多，從而會向地球傳遞更多的能量。伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星目前正在從超過0.5光年遠的地方進入太陽系，它的“可比質量”遠不及導致K-Pg滅絕的小行星。

根據(jù)哈勃太空望遠鏡的新數(shù)據(jù)，伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星的慧核直徑估計為119公里，是已知最大的彗星。在接下來的9年里，隨著這個龐然大物繼續(xù)靠近地球，我們對其確切體積的估計將會更加精確。

不過，伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星保持著有史以來最大的慧核記錄。根據(jù)哈勃太空望遠鏡的最新數(shù)據(jù)，這顆彗星的彗核直徑估計為119公里。此前，ALMA望遠鏡（阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列）的數(shù)據(jù)顯示，其直徑約為137公里，但哈勃望遠鏡的新估計值具有更小的不確定性。

一般來說，彗星的密度約為每立方厘米0.6克，但即使伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星的密度遠低于這個數(shù)值，其巨大的體積也意味著它的質量會非常大。要知道，當一個物體的直徑（或半徑）加倍時，它的體積實際上會增加到原來的8倍。考慮到伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星的直徑是K-Pg小行星的10倍多，因此其體積將是K-Pg小行星的1000多倍；據(jù)估計，它的質量將在5×10^17千克左右，甚至可能更多。

現(xiàn)在，請記住，這顆彗星并不像小行星那樣從火星和木星軌道之間的某個地方來到地球，而是從奧爾特云“遠道而來”。這將是一場前所未有的災難。

一個從奧爾特云落入太陽系內(nèi)部的物體將主要借助太陽的引力來獲得速度。從奧爾特云最遠處將一個物體帶到太陽系內(nèi)，使其與太陽的距離與地球相同，意味著它將以每秒42公里左右的速度移動。

伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦（編號為C/2014 UN271）起源于奧爾特云，是太陽系歷史上發(fā)現(xiàn)的體積最大的彗星。盡管根據(jù)哈勃太空望遠鏡的數(shù)據(jù)，該彗星的慧核直徑約為119公里，少于此前的估計，但仍然是已觀測到的最大彗核。

但如果這個物體要撞擊地球的話，它也會落入地球的重力勢阱中，地球本身在圍繞太陽運行的過程中，也會相對于該物體運動。當我們把這三種因素綜合考慮時，會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)撞擊都會以一定的速度發(fā)生，通常是在50到60公里/秒之間，大約是小行星撞擊速度的3倍。記住，動能取決于速度的平方，因此3倍的速度意味著9倍的能量。

總而言之，通過數(shù)學計算，我們會發(fā)現(xiàn)伯納迪諾利-伯恩斯坦彗星與地球之間的碰撞將釋放大約10^28焦耳的總能量。

眾所周知，人類并不擅長計算大到違反直覺的數(shù)字，因為我們默認這些東西“大得難以想象”。但科學的美妙之處就在于它是定量的，這意味著我們可以計算出——盡管并不完美，而只是一個合理的近似值——這樣的大規(guī)模事件會在地球上造成什么影響。

首先，這一事件不會摧毀整個星球。一場規(guī)模大到足以讓整個地球擺脫引力束縛，最終分崩離析的撞擊，將需要大約2萬倍于10^28焦耳的能量——伯納迪諾利-伯恩斯坦彗星與地球發(fā)生2萬次碰撞。地球至少可以避免最災難性的“破壞”，依然能保持完整。

然而，這并不意味著地球是安全的。這次撞擊的能量將是6500萬年前那次小行星撞擊的數(shù)千倍甚至上萬倍。當時的撞擊留下了一個直徑約200公里的隕石坑。如果伯納迪諾利-伯恩斯坦彗星最后仍保持完整的固體形態(tài)，那它將徹底打碎地殼并使其在地球的表面上重新排列，類似于許多人對火星某段歷史的推測：在火星目前兩顆衛(wèi)星內(nèi)側，最初還有另一顆衛(wèi)星，但受到引力作用回落到了這顆紅色星球上，創(chuàng)造了我們今天所看到的古怪的火星地形。

盡管大多數(shù)彗星的直徑相對較小，但也存在體積較大的彗星，如圖中所示的伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星。一個物體的質量越大，速度越大，在撞擊時對地球造成的損害就越大。

可以想見，撞擊會導致大量的灰煙、塵埃和碎屑被拋到大氣層之上。這種強度的撞擊甚至可能足以為地球創(chuàng)造出更多的衛(wèi)星和小衛(wèi)星，盡管它們比我們現(xiàn)在的月球小得多。出現(xiàn)幾公里大小的衛(wèi)星并非不可能，就像我們在火星周圍看到的火衛(wèi)一或火衛(wèi)二一樣。

是的，地球將覆蓋上一層灰燼，而陽光將被塵埃遮住，時間可能長達數(shù)月，地球上的許多生命會因為缺乏陽光而滅絕。即使是生活在海底熱液口附近的生物，也可能會受到這場撞擊的影響。原因何在？如此強度的猛烈撞擊會將包括大氣層和海洋在內(nèi)的地球外層撞出地球表面，拋入太空。盡管彗星本身可能會給地球帶來新的水和揮發(fā)性分子，其中一些水和氣體最終會落回地球，但地球上的每一種生物都會因為這樣的撞擊而面臨滅絕的風險。

不過，地球生命并非完全沒有拯救的可能性：如此大的一顆奧爾特云彗星，在接近地球時將經(jīng)歷來自地球引力的巨大潮汐力，并可能被撕裂成一系列更小的碎片。在1994年蘇梅克-列維（Shoemaker-Levy）彗星撞擊木星時，我們就觀察到了這樣的現(xiàn)象，總共發(fā)現(xiàn)了大約24塊較大的碎片。

火星軌道器激光高度計（MOLA）是火星全球探勘者號探測器的一部分，利用其收集的超過2億個激光高度計測量值，研究人員構建出了這張火星地形圖。塔爾西斯（Tharsis，圖中左側）是火星海拔最高的地區(qū)，藍色部分表示低地。可以看到，火星北半球的海拔比南半球低得多，這被認為是火星曾經(jīng)擁有的一顆巨大衛(wèi)星回落其表面導致的。

這些碎片最終都撞上了木星，但地球的引力遠遠低于木星，這意味著，如果彗星的彗核提前分裂得足夠多——這是一種非常現(xiàn)實的可能性——那它的大部分質量可能會完全與地球“擦身而過”。對人類和地球上的所有生物而言，一系列較小的撞擊仍然可能帶來嚴重的后果，但對于地球的海洋和大氣，風險就小得多了。

無論發(fā)生與否，伯納迪諾利-伯恩斯坦彗星與地球的碰撞可能會導致這樣的未來：

（1）連續(xù)數(shù)月的黑暗；

（2）地殼、海洋和大氣的徹底破壞；

（3）地殼、海洋和大氣的大部分可能被拋射到太空中；

（4）地殼下的巖漿涌向地表，甚至可能使地表完全改變；

（5）一場持續(xù)數(shù)十年或更長時間的火風暴，由墜落的碎屑引起。

這一切，都將使任何在最初撞擊（以及由此產(chǎn)生的巨大火球）中幸存下來的生物面臨徹底滅絕的風險。

當一顆巨大的彗星以極快的速度撞擊地球時，可能會導致一場前所未有的災難。如果被一顆直徑超過100公里的彗星擊中，地球本身將保持完整，但地球上所有的生命，以及海洋和大氣層，都可能會消失。

在關于外來天體撞擊地球的討論中，最經(jīng)常出現(xiàn)的一個迷思是：難道其他物體，比如月球或木星，不會保護我們免受潛在的撞擊嗎？這種可能性當然是存在的，但我們的勝算并不大。事實上，通過必要的計算，我們會發(fā)現(xiàn)，太陽系中任何額外的質量都會增加撞擊事件的可能性。木星可能會吸收太陽系中大部分的小行星和彗星碰撞，但這也會導致地球遭受撞擊的次數(shù)凈增加約350%。類似地，月球的額外引力會使地月系統(tǒng)受到撞擊的可能性大增，從而增加地球遭受撞擊的發(fā)生率——甚至比月球可能受到的撞擊次數(shù)還多，盡管那里已經(jīng)有無數(shù)的撞擊坑。

如果伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星最終真的撞上地球，那么地球可能會作為一個“有生命的星球”迎來終結，或者地球上所有比單細胞生物更復雜、更分化的生命將會被消滅，這些都是很合理的猜測。地球甚至可能會變成一個幾乎沒有空氣的世界，或者會失去幾乎所有的地表水。如果我們在這場撞擊發(fā)生一百萬年后回到地球，可能會發(fā)現(xiàn)地球的整個地形地貌變得無法辨認——在這樣一次巨大的撞擊事件后，地球將以全新的面貌出現(xiàn)。

一個新理論認為，月球起源于一團大質量的、甜甜圈形狀的巖石蒸氣——索內(nèi)斯蒂亞（synestia）。這個模型講述了在一次高能的大規(guī)模撞擊事件之后，形成了一團環(huán)形的氣化巖石，逐漸冷卻并最終形成了月球和地球。地球與伯納迪納爾-伯恩斯坦的碰撞可能也會產(chǎn)生類似的現(xiàn)象。

幸運的是，在穿越太陽系期間，伯納迪內(nèi)利-伯恩斯坦彗星與地球的距離不會比土星軌道更近，它將在2031年到達土星軌道。不過，在大約450萬年后，這顆彗星還將回到太陽系內(nèi)。如果屆時發(fā)生了一系列錯誤的引力擾動，導致它直接撞上地球，那將是自導致月球形成的撞擊事件以來最大規(guī)模的災難。（任天）