当去年10月发现的一颗名为2008 TC3小行星正迎头撞向地球的时候,科学家们便有了第一次从头到尾研究小行星撞击地球事件的机会

  2008年10月6日午夜,美国亚利桑那州莱蒙山天文台,一个“小亮点”划过了理查德·科瓦尔斯基(Richard Kowalski)的计算机屏幕。在3年半的时间里,科瓦尔斯基已经在搜寻近地小行星的望远镜中看到了几百个这样的亮点(近地小行星),这些小行星有可能与地球擦肩而过甚至撞上地球。遇到这种情况,通常他会整夜跟踪这个天体,并向小行星中心报告它的坐标。
  但这一晚让科瓦尔斯基颇感疑惑的是,小行星中心接到报告后即刻在其网站公布了他的发现,但是想要添加更多数据时,系统却失灵了。
  小行星中心主任蒂姆·斯帕尔(Tim Spahr)第二天早上发现了原因。通常小行星中心的软件会自动计算其轨道,但是这颗小行星却出乎寻常地靠近地球。“当我手工做完计算的时候,我感觉这颗现在被命名为2008 TC3的小行星会立刻撞上地球,”他说。
  从2008TC3的亮度来看它的直径只有几米,而如果它是一颗通常的岩质小行星的话,那么在它进入地球大气层之后就会瓦解。为了安全起见,斯帕尔分别给美国航空航天局(NASA)近地天体观测计划的主管林德利·约翰逊(Lindley Johnson)和美国喷气推进实验室(JPL)的天文学家史蒂夫·切斯利(Steve Chesley)报告了上述的情况。

2008 TC3小行星全过程跟踪示意图

  接报后,切斯利赶紧计算了小行星的轨道。“程序令人震惊地显示100%的撞击概率,”他说,“这是我一生中从未看到过的。”根据切斯利的计算,这颗小行星会在不到13个小时后进入地球大气层;撞击地点在苏丹的北部,当地时间早晨5点46分。他把他的结果发给了NASA局长和小行星中心,后者随即向全世界的天文学家发出了一份电子通报,意大利近地天体必威在线网站首页网址 网站随后也确认了这一计算结果。
  尽管每年都有几个类似2008TC3这样的小天体撞击地球,但是科学家们从来没有在撞击前发现过它们。因此,如果天文学家们可以足够快地调动全球资源的话,那么科瓦尔斯基的发现无疑为我们提供了一个实时研究小行星及其撞击地球的独特机会。

撞击倒计时

  加拿大西安大略大学的天文学家彼得·布朗(Peter Brown)从JPL得到消息后,即刻启动了在当地的天文台望远镜开始跟踪这颗小行星。他说:“它看起来就是一个非常暗弱且快速移动的小亮点。”北爱尔兰贝尔法斯特女王大学的艾伦·菲茨西蒙斯(Alan Fitzsimmons)立刻给他的同事打电话,告诉他们立刻启动加那利群岛的威廉·赫歇尔望远镜观测这一事件。
  一整天,观测结果不断地涌入小行星中心,每隔十几分钟就会公布新的数据和轨道计算结果。NASA在当天下午发布了一条新闻,说这一撞击可能会引发“一场天然的烟火表演”。大约在撞击前1小时,这颗小行星无法再被光学望远镜探测到。至此,来自全世界26个天文台的天文学家上报了570次观测结果,使得JPL把预报的碰撞时间定在了世界时2:45:28,(误差15秒)。
  在倒计时的过程中,雅各布·凯珀(Jacob Kuiper)则显得焦躁不安。凯珀是荷兰皇家气象研究所的航空气象学家,当他看到了关于来袭小行星的电子邮件,担心在人迹罕至的努比亚沙漠没有人会看到爆炸。
  在还剩下不到45分钟时,凯珀意识到他可以通知法航荷航集团——他经常为他们提供天气预报——也许他们正好有飞机位于非洲的上空。大约10分钟后,正在从约翰內斯堡飞往阿姆斯特丹的法航荷航集团592航班的飞行员罗恩·德普尔特(Ron de Poorter),收到了小行星可能撞击地点的经纬度信息,德普尔特经计算后发现,此时的他距离撞击地点大约1400千米。
  此刻,2008TC3正以大约每秒1.24万米的速度撞入了顶层大气层。撞击产生的热量气化了它的外部岩石,其表面出现了裂缝(在坠落过程中,岩石和空气撞击产生的强光照亮了沙漠)。计算发现,在2008TC3进入地球大气层不到20秒后,它所承受的压力触发了一系列使之瓦解的爆炸,在空中留下了一条高温尘埃余迹。
  在驾驶舱里,德普尔特看见了地平线上方的黄红色闪光,像是炮击后产生的火光。据事后科学家搜集的资料,在靠近埃及边境的一个小村子里,做完晨祷返回的人们目睹了2008TC3增亮而后又变暗的过程。
  跟踪2008TC3轨迹的美国卫星证明了JPL的预报是极为准确的,误差只有几千米和几秒。当2008 TC3位于地面上空65千米时,在肯尼亚用于监测核爆炸的一个微气压计阵列探测到了爆炸的低频声波。事后,布朗计算出它大约相当于1000~2000吨TNT的当量,差不多是广岛原子弹的十分之一。

在苏丹沙漠中领导陨石搜寻的詹尼斯肯斯

  然而对于美国地外文明探索研究所的天文学家彼得·詹尼斯肯斯(Peter Jenniskens)来说,仅有壮观的闪光是不够的。在小行星撞击后的数周内,詹尼斯肯斯在等待有人发现陨石的消息。不过毫无音讯。“有人必须要去做点什么,”他说。
  2008年12月初詹尼斯肯斯飞到了苏丹,拜会了喀土穆大学的天文学家穆阿维亚·H·沙达德(Muawia H.Shaddad),后者已经获得了“火流星”余迹的照片。他们从喀土穆驾车来到了边陲小镇瓦迪海法,向当地村民了解火流星在空中爆炸的方位。目击者的报告使得詹尼斯肯斯确信这颗小行星在高空就瓦解了――与美国卫星的数据相符,而且很有可能在苏丹努比亚沙漠铁路前哨6号站西南方找到它的残骸。

媒体对搜索2008TC3陨石的报道

沙漠寻石

  2008年12月6日,詹尼斯肯斯、沙达德等人,包括半岛电视台摄制组一行人来到了撞击地点,他们在一片沙海、裸露的岩石以及干涸的河床中仔细地寻找爆炸后散落的残骸,就像是一把巨大的梳子在沙漠中梳理。
  第一天行将结束时,一个学生告诉詹尼斯肯斯可能发现了陨石。当他看到这块大约1.5厘米长、外部裹有玻璃状薄层的方形碎片时(其表面有着被融化后又重新凝固所产生的壳层),便断定这块深黑色的石头刚从天上掉下不久。这是他们找到的第一块陨石,也是第一次找到来自太空中已知小行星的陨石。第2天,又发现了5块呈圆形、深黑色的陨石……直至3月份任务结束时,共找到280块碎片,总重量大约几千克。
  随后,詹尼斯肯斯把其中的一个样本寄给了NASA约翰逊空间中心。在分析了样本后发现,陨石中含有类似糖晶体的大块碳以及玻璃状矿物颗粒。其他实验室也证实了它是一块橄辉无球粒陨石,这是一种来自在太空中被融化的小行星的陨石(这些小行星中只有0.5%会撞入地球产生碎片)。即便对于橄辉无球粒陨石来说,2008 TC3的残骸也是非常特殊的。此外,新的发现最终还可能为行星的形成提供线索,因为小行星在它的历史中曾经被融化过,而这一过程年轻的行星应该也经历过。
  2008 TC3给了天文学家一个罕见的机会把天空中的一个小亮点和手中的陨石联系了起来。“我们已经在地面上找到了许多陨石,尽管还有无以计数的小行星在轨运行,但唯独缺少这两者之间的直接联系,”NASA近地天体计划办公室主任唐纳德·约曼斯(Donald Yeomans)说。
  詹尼斯肯斯和他的团队得出结论,这颗小行星属于F型小行星。由于F型小行星只能反射很少的光,科学家们因此无法确定它们的组成。然而,新的证据将为我们开启了一扇窗户,尽管并不是所有的F型小行星都是一样的,但是数据显示,至少其中的一部分含有和橄辉无球粒陨石相同的物质,例如碳和铁。
  科学家目前正在尝试通过研究小行星在不同波段上的反光,以及把这些反光和在实验室中陨石的反光相比较来搞清楚小行星的组成。但是这些联系通常是没有说服力的,除非反射的信号非常独特。一个最期待的例子是爱神星,它已经和一组火成陨石之间建立起了联系。尽管NASA的探测器围绕爱神星工作了1年并在2001年降落到了其表面之上,但是目前还没有探测器把小行星样本送回地球。
  随着新的巡天的到来,科学家们将会发现更多撞向地球的天体。“如果我们想改变小行星轨道的话,”约曼斯说,“那么知道它的组成是至关重要的。”NASA正致力于提供几十年来的撞击预报,如果有一颗小行星将撞上地球,那么这一技术将可以避免碰撞的发生。
  现在的巡天发现了差不多90%直径1千米及以上的近地天体,但是较小的天体则很容易被忽略。科瓦尔斯基是卡特琳娜巡天计划的成员,这一计划每年发现的近地天体占了总数的70%。今年,位于美国夏威夷的全景巡天望远镜和快速反应系统(Pan-STARRS)的原型机将投入观测,2016年位于智利的大口径全天巡视望远镜也将完全投入使用;届时,小天体的发现率会有所上升。
  科瓦尔斯基和他的同事仍然在进行着他们的工作。在发现2008TC3之后的又一个晚上,科瓦尔斯基回到了莱蒙山,坐在望远镜控制室里加热着他的晚饭。当他的发现正在世界的另一边坠向沙漠的时候,科瓦尔斯基又在搜寻另一片天空,等待着下一个“小亮点”。

资料来源Nature