中秋夜天外飛來一顆火流星 別只是看個熱鬧

　　李會超

　　中秋之夜，一位“天外來客”造訪地球。10月4日夜，云南迪慶上空發生了一次火流星事件。據目擊者稱，一個明亮的火球劃過夜空，同時伴有巨大的聲響。美國國家航空航天局(NASA)噴氣動力實驗室(JPL)所屬的近地天體研究中心的探測顯示，這次火流星事件發生的高度約為37000米，火流星在與大氣相互作用的過程中釋放的能量約相當于540噸TNT炸藥爆炸。

　　火流星是什么？和小行星撞地球是一回事嗎？它能幫助科學家解開哪些謎題？

　　中秋之夜的一場天文奇觀

　　火流星是亮度非常高的一類流星。按照國際天文聯合會的定義，如果流星在越過觀測者正上方(天頂)時，視星等比-3等更明亮，則可被稱為火流星。這樣的亮度，大約與火星、木星最亮時差不多。但觀測者剛好在天頂處觀測到流星的情況十分罕見，因此一般會綜合實際觀測到的流星視星等和當時流星與地平線的夾角，來確定流星在天頂時的視星等。

　　火流星的直徑一般在1米左右，它們可能來自于小行星、彗星的碎片，也可能來自于星際空間的塵埃。這些天體一般圍繞太陽運動，當接近地球這樣的大行星時，便會受到行星引力攝動，脫離原來的軌道，闖入地球等行星的大氣層。進入地球大氣的火流星，除了在與大氣摩擦的過程中不斷被減速、加熱外，還會因其速度超過音速而壓縮它前面的空氣，形成激波。激波同樣會對火流星產生加熱作用。隨著加熱過程的進行，火流星會逐漸融化，運動方向前后的壓強差還會對火流星產生擠壓作用。當擠壓作用超過流星本身的抗拉強度時，火流星便會爆炸、碎裂。

　　有報道稱，美國用于導彈預警的偵察衛星可被用于火流星探測。此外，國際全面禁止核試驗條約組織用來監控全球核試驗的次聲波監測網，也能發揮同樣的作用。這套監測網記錄下的火流星事件中，2013年2月15日發生在俄羅斯的火流星事件釋放的能量最多。當時一顆直徑在17米左右、質量約為7千噸的火流星從哈薩克斯坦進入俄羅斯，在車里雅賓斯克上空爆炸。據估計，這顆火流星總共釋放的能量與44萬噸TNT爆炸相當，導致約1500人受傷就醫，100多人住院。大部分傷者受傷的原因是沖擊波引起的玻璃碎裂和房屋震動，而不是被落到地面的隕石擊傷。本次發生在云南的火流星事件，釋放的能量較少，因此除了在中秋之夜制造了一場天文奇觀外，不足以造成實際的損害。

　　窺視太陽系早期演變過程

　　火流星與大氣摩擦釋放的熱量，會將它自身及周圍的大氣分子電離。流星劃過夜空時發出的燦爛光芒，就來自于電離氣體放出的光。大氣分子、原子被電離時會發出紅光，而由于火流星本身被電離的物質不同，發出的光的顏色也不同。例如，當火流星上的鐵被電離時，將發出黃光；硅被電離時，將發出桔黃色的光。除了觀賞效果外，火流星電離大氣形成的等離子體柱也是科學家們研究中高層大氣性質的機會。科學家們可以使用流星雷達，不斷向天空中的各個方向發射無線電波。當無線電波被稱作“流星余跡”的等離子體柱反射時，利用接收到的反射無線電波的信號特征，科學家能獲得距離地面幾十到一百多公里的高層大氣密度、溫度、風場等信息。

　　如果火流星的殘骸沒有在與大氣摩擦的作用中燃燒殆盡，就會有隕石墜落到地面。按照化學成分的不同，可以將隕石劃分為以硅酸鹽為主的石質隕石、以金屬鐵和鎳為主的鐵質隕石和多種成分混合的石鐵隕石。

　　隕石是太陽系中最古老、最原始的天體物質之一。最古老的隕石年齡與地球相當，在45億年左右。地球上現存最古老的巖石的“年歲”，都比不上這些隕石。因此地球和太陽系早期的演變過程，可以借助這些天外來客來回答。2015年，NASA的科學家在隕石中發現了構成DNA和RNA的基本化合物，從而為隕石在地球生命演化過程中可能發揮過作用的論點增加了論據。

　　織網防范小天體撞地球

　　由于流星體的來源是多種多樣的，這次火流星事件是否是大家耳熟能詳的“小行星撞地球”，還有待研究。然而，彗星、小行星等小天體撞擊地球引發災難的威脅，卻是現實存在的。

　　為了監測可能對地球產生威脅的天體，上世紀90年代，各國航天和天文研究機構聯合成立了國際小行星監測網，開始對可能與地球接近的小行星進行普查式的尋天觀測。NASA所屬的阿雷西博(Arecibo)射電望遠鏡、歐空局發射的紅外空間觀測平臺(Infrared Space Observatory)、中國科學院紫金山天文臺盱眙觀測站等儀器都在日夜監測著太空中的不速之客。此外，NASA還將功能部分失效的NEOWISE紅外太空望遠鏡改造成了專門用來探測小行星、彗星等小天體的飛船。在執行監視任務的同時，NEOWISE也對小行星軌道在大行星引力攝動作用下的變化進行研究。

　　如果一顆小行星被證實將要撞擊地球，科學家已經提出了許多方案來使小行星偏離原來的軌道，或者碎裂成不會造成危害的殘塊，來消除它們對地球的威脅。在這些方案中，威力最大也最有效的方法是發射核彈到小行星附近，運載核彈的飛船首先在小行星上砸出一個淺坑，隨后在淺坑中引爆核彈，使小行星碎裂成較小的碎片，在與地球大氣層的摩擦中燃燒殆盡。此外，還有動能撞擊、引力牽引、太陽帆等使小行星改道的方法。而無論哪種方法的實施，都需要全世界有航天發射能力的國家緊密合作，共同應對小行星威脅。

　　10月12日，小行星2012 TC4將與地球擦肩而過。它的個頭與一般的民房相仿，最近時距離地球僅4.4萬公里，相當于地球到月球距離的八分之一。由于已經準確確定了其軌道，確認它不會撞擊地球，科學家并不對它的造訪感到緊張，反而希望利用這次機會測試國際間聯合探測和追蹤小行星的能力。

　　(作者系中科院國家空間中心博士生)

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