在一座阴暗的公寓楼内，被一层层悬挂的地毯隔离起来，地球上仅存的最后一个家族围着火堆蜷缩在一起，融化着一罐冰冻的氧气。地球被一颗无赖的暗星偷走了太阳的温暖，被放逐到太阳系寒冷的外边缘。这个惟一幸存下来的家族必须冒险到外面无尽的黑夜里，去获取像积雪一样堆积起来的冷冻的大气层气体……
随着人类终结的剧情发展下去，作家弗里茨·莱贝尔（Fritz Leiber）1951年的科幻短篇小说《一桶空气》（A Pail of Air）所描绘的那种凄凉无望景象的可能性相当遥远。思考人类终结这种事情的学者认为，由人类自我导致的灾难，比如核战争或是生物工程引发的疾病大流行，最有可能让人类终结。但是，还有很多其他的极端自然灾害，包括来自太空的威胁和地球上发生的地质巨变，仍然可能扰乱我们的生活，破坏先进文明，消灭数十亿人，甚至可能灭绝人类这个物种。
但是，关于人类终结这个课题的研究稀少得出人意料，英国牛津大学人类未来研究所的灾难研究学者安德斯·桑德伯格（Anders Sandberg）说。最后，他核对了一下，“研究屎壳郎繁殖的论文比研究人类灭绝的论文还多，我们的研究优先级可能有点颠倒了。”
常见的严重程度中等的灾难，比如地震，比可能性低的世界末日式的大灾难吸引了更多的经费。偏见可能也在起作用，例如，开辟小行星和彗星撞击研究的科学家抱怨遭遇一种无处不在的“可笑因子”。桑德伯格说，很多研究者有意或无意地认为灾难风险是小说或幻想的范畴，并非严肃的科学。
不过，也有一大批研究者坚持思考这一难以想象的课题。他们说，掌握足够的知识，进行适当的规划，是有可能做好准备在某些情况下预防罕见却极具毁灭性的自然灾害的。你可以随心所欲地笑话这类研究，但是人类文明的幸存却可能因此陷入危机。
威胁1：太阳风暴
1859年太阳风暴导致的电涌使电报员受到电击
对人类文明的其中一个威胁，可能并不像莱贝尔小说所描述的，是因为太缺少阳光，而是因为阳光太多。比尔·默塔（Bill Murtagh）已经发现了这种威胁会如何开始。2012年7月23日早晨，他坐在科罗拉多州博尔德美国国家海洋和大气管理局空间天气预报中心的一排彩色屏幕前，观察高能粒子的等离子体云从太阳的日冕层抛射到太空，即日冕物质抛射（CME）。仅仅19个小时后，爆发的太阳风暴横扫了几天前地球刚刚经过的地点。如果太阳风暴击中了我们，科学家们说，我们可能还处于晕头转向之中。
现任华盛顿白宫科技政策办公室太空天气助理主管的默塔，花很多时间思考太阳爆发。CME虽然并不对人类造成直接伤害，它们的影响却相当壮观。通过使带电粒子沿磁力线像漏斗一样沉降到地球磁场，它们能引发地磁暴，从而导致炫目的极光出现。太阳风暴也能引发长距离输电线路产生危险的电流，危险的电流虽然只持续几分钟，却能通过破坏高压变压器而使电网陷入瘫痪，尤其在高纬度地区，那里的地球磁力线随着向地球表面弯曲而会聚。
2012年，卫星跟踪记录了这次与地球擦肩而过的CME
近代历史上，后果最严重的一次CME事件发生于1989年，烧毁了美国新泽西州的一个变压器，并导致加拿大魁北克省600万人断电。而有记录以来最大的一次CME是发生于1859年的卡林顿事件，该事件以观测到伴随CME同时发生的太阳耀斑的英国天文学家的名字命名，强度比1989年的那次大10倍。此次CME使得灼热的电流奔流过电报线，擦出火花，电击电报员，而且所产生的北极光一直向南弥漫到古巴。
“1859年的那一次CME太可怕了。”美国得克萨斯州休斯顿莱斯大学的空间物理学家帕特里夏·赖夫（Patricia Reiff）说。如果另一场那种规模的太阳风暴袭击了今日的基础设施，她说，“后果将极其严重。”
一些研究者担心另一场卡林顿事件会摧毁数十乃至数百个变压器，使得整个大陆的大部分地区都陷入数周或数月乃至可能数年的断电黑暗中，默塔说。那是因为定制的家用大小的替代变压器不能从商店买到。变压器生产商坚持说，这样的担忧是杞人忧天，大多数变压器设备会幸免于难。但是，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的电气工程师托马斯·奥弗比（Thomas Overbye）说，没有人知道确切的后果，“我们没有与大型太阳风暴相关的大量数据，因为大型太阳风暴非常罕见。”
我们已经清楚的一点是大范围断电的后果会是灾难性的，尤其在依赖高度发达电网的国家。“我们已经做了一件奇迹般的工作，发达的电网使得我们的国家面对太阳风暴这一威胁暴露出很大的脆弱性。”默塔说。信息技术、燃料管线、水泵、ATM机，所有带电源插头的设备都会因断电而瘫痪。“那将影响我们统治国家的能力。”默塔说。
在我们有生之年，一次大的太阳风暴事件是有可能发生的。研究者们认为，卡林顿般的太阳风暴几百年才会袭击地球一次，而近来的一项研究发现，这样一场太阳风暴在未来十年内发生的可能性是12%。
但是至少我们将见证它来临。太阳望远镜会在CME形成之时就立即发现，而驻扎在距离地球100万英里之外的宇宙飞船会在CME经过时，测量关键参数。拥有诸如CME的磁场定位等信息的全副武装，赖夫说，科学家们能辨别粒子云是否将像“一颗石头扔进河里”那样绕着地球流过，还是CME的磁场将和地球磁场连接起来搅起一场地磁暴。然后预报员就能在CME袭击地球之前30分钟至1小时内发出警报。
只有当政府和电网操作员沉着应对，这样的预警才有用，而世界各国刚开始认真对待这一威胁。去年，白宫发布了《国家空间天气战略》和相应的《国家空间天气行动计划》，论述了降低受灾脆弱性和提高抗灾能力的必要性。将该计划变成现实的一份两党议案将很快提交参议院审议。
该计划的一个支柱是强化电网的防御抗灾能力。受监管当局的激励，电网操作员已经开始评估脆弱部件和关键资产。下一步将是通过安装电流闭锁装置来保护电网，比如已经在美国西部普遍使用的串联电容器，因为它们有助于长距离电力传输，以及通过研发操控电力负荷的应急程序来限制变压器损坏。奥弗比说，电力行业的快速响应很鼓舞人心。
但是，完全防备卡林顿般的事件可能永远不可行，奥弗比说，原因很简单，那就是代价过于高昂。相反，操作员对一场即将发生的大风暴的可能反应是，先发制人地切断电网的大部分供电来保护变压器，接受短期的供电破坏，以此为代价避免长期的灾难。
威胁2：宇宙碰撞
天文学网络系统严密监测夜空中某天可能会与地球相撞的天体，夏威夷毛伊岛的Pan-STARRS望远镜是其组成部分
对于来自天空的另一个威胁――大型的小行星或彗星对地球的撞击，我们没有办法限制损害程度。研究者们说，人类保护自身的唯一途径是完全防止这种宇宙碰撞。
“我们人类作为一种物种，绝对不能让这种事情发生，”华裔太空人卢杰（Ed Lu）说，“那将是人类的末日。”2002年，曾做过宇航员的卢杰在美国加州密尔谷创办了B612基金会，这是一个致力于保护地球免遭近地天体（NEO）撞击的私人组织。
人人都知道有颗直径10千米的小行星是恐龙灭绝的帮凶，但是甚至只是那颗小行星一部分大小的某个天体就可能毁灭人类，纽约大学地球科学家迈克尔·兰皮诺（Michael Rampino）说。撞击地点可能会彻底毁灭，大规模的地震和海啸可能会横扫地球。但是后续影响将被证明是最具毁灭性的。模型分析表明，取决于撞击天体接近地球的速度和角度，小到直径只有一千米的天体撞击地球都可能抛出足够多的碎石粉末，遮蔽太阳长达数月。除了这层可怕的“墓衣”之外，还有散落回地球的星体残骸点燃的野火所产生的烟灰。“所有这些掉落回大气层里的东西经过摩擦加热，就像是把你的烤箱放在火上烤。”兰皮诺解释说。这些烟尘合起来会让地球坠入所谓的“碰撞冬天”，导致庄稼无法生长和大规模的饥荒。
幸运的是，这种大小的小行星大约每隔数百万年才会撞击地球一次，而“恐龙杀手”级别的小行星大约每隔一亿年才会撞击地球一次。平均每年来说，你死于宇宙碰撞的概率只比死于鲨鱼攻击的概率稍微高一点点，位于美国新墨西哥州阿尔布开克桑迪亚国家实验室的物理学家马克·博斯劳（Mark Boslough）说。但是，宇宙碰撞就像鲨鱼攻击一样，只需一次就足以致命。
正因如此，1998年，美国宇航局（NASA）在国会的要求下，启动了一项名为“太空卫士”的观测计划，目标是获得天文学家的支持，识别出90%的估计直径大于一千米的900多个NEO，NASA在2010年声称实现了这一目标。现在继续进行的努力目标是到2020年发现剩下的大型NEO，并标注90%的直径大于140米的近地天体，尽管NASA说难以如期实现这一目标。在迄今已发现的将近15 000个NEO中，没有一个天体目前处于与地球相撞的轨道上。但是，最终，地球命中注定的某个大小的NEO将以一种灾难电影的剧情与人类遭遇。当这一天到来时，“一切将非常迅速地从科幻小说变成科学现实。”卢杰说。
科学界已经着手在行动。在美国国家研究委员会2010年的报告《保卫地球：近地天体观测和缓解危险策略》中，研究者强调倘若提前几十年就发出预警，就有若干种避开近地天体撞击的可能选择：我们能用一枚或两枚航天器与之相撞而让它偏离原来的飞行路线，也可以用一种叫做“重力拖拉机”的太空飞行器产生的持续引力慢慢牵引其改变轨道，或者用核弹炸它。
现在，这些行星防御策略主要停留在纸面上，但是未来十年有一些防御策略可能会在现实世界中进行试验。NASA、欧空局和其他合作伙伴正在探索一项名为“小行星撞击与偏离评估”（AIDA）的联合任务，当小行星“戴迪莫斯”在2022年10月近距离飞掠地球时，将对其试验撞击法。NASA还宣布在其“小行星重定向任务”中利用一个升级版的重力拖拉机的计划，由重力拖拉机吸走小行星的质量来增加自身的质量。“小行星重定向任务”准备于2021年发射，如今却面临经费困难。如果面临一个实际的碰撞威胁，很多研究者支持联合使用这些防御技术，以策万全。
但是对于直径大于一千米的天体、对于能悄无声息出现的彗星而言，一些科学家认为用核弹炸这个选项是唯一的选择，想法是用核弹震动撞向地球的天体，却不炸裂它，因为炸裂它弊大于利。尽管1967年的《联合国外太空条约》眼下阻止核武器进入太空，科学家们已经对该技术有很好的理解。去年，NASA和美国能源部宣布了一项合作计划，将共同打造防御小行星撞击的核武器。最终，NASA今年初设立的行星防卫协同办公室，将决定美国应该何时以及如何应对可能发生的小行星撞击。
威胁3：超级火山
对我们现代文明最不可阻挡的威胁还是来自于萧墙之内――超级火山喷发，而且它比宇宙大碰撞发生的频率要高得多。大约每隔10万年，在地球上某处，直径大到50千米的一座破火山口就会塌陷，剧烈地排出大量累积的岩浆，由此产生的超级火山既无法停止，又来势汹汹、极具破坏性。7.4万年前，印度尼西亚的多巴火山大爆发就是这样一头庞然怪物，可能消灭了当时地球上的绝大多数人类，导致了仍然显现在现代人类DNA中的遗传瓶颈――尽管这一观点存在争议。
根据地质学的界定，超级火山是指一次爆炸性喷发出超过450立方千米岩浆的火山，大约是1815年印度尼西亚坦博拉火山爆发岩浆喷发量的50倍，是1991年菲律宾皮纳图博火山爆发岩浆喷发量的500倍。地质学家从一种名为“凝灰岩”的火山喷出物的沉积物中，读出了这些火山喷发历史，岩石记录则表明超级火山往往会重复爆发。至今依然活跃的几处超级火山包括印度尼西亚的多巴火山、美国西北部的黄石火山、加州东部的长谷破火山口、新西兰的陶波火山带，以及安第斯山脉的若干处火山。
这些危险地带如今都还没有构成威胁，但是万一某座火山再喷发一次，方圆100千米左右的一切都将化为灰烬，火山灰将笼罩整个大陆。只需几毫米厚的火山灰就能杀死农作物；超过1米厚的火山灰就能让土地长达数十年荒废无用。英国布里斯托大学的火山学家苏珊娜·詹金斯（Susanna Jenkins）说，火山灰还会压碎建筑物、弄脏供水、堵塞电子产品、搁浅飞机，使人的肺部疼痛不适。
这些地区性的影响将以出乎意料的方式在全世界引发连锁反应。甚至远称不上是超级火山的冰岛艾雅法拉火山2010年喷发造成的空中交通小混乱，都致使肯尼亚农民蒙受数百万美元的经济损失，他们原本要出口到欧洲的食品因运输受阻而腐烂。“我们的社会联系变得越紧密，我们对发生在世界另一边的即使是很小的事情都会变得更敏感脆弱。”英国米尔顿凯恩斯开放大学的火山学家黑兹尔·赖默（Hazel Rymer）说。
但是，超级火山喷发最深远的影响将是对全球气候的影响，类似于一颗大型的小行星撞击地球产生的影响。超级火山喷发喷射到平流层的硫酸盐气溶胶将使地球上大部分地区的气温在长达10年时间里降低5°C~10°C，将毁灭地球上的农业。
后果将会变得多糟糕很难说。“火山科学是基于经验的。”新西兰基督城坎特伯雷大学的火山学家本·肯尼迪（Ben Kennedy）说。科学家们还从来没有亲眼目睹过超级火山喷发。较小规模的火山喷发会有帮助，但可能是不可靠的向导。例如，尽管根据德国汉堡马克斯普朗克气象研究所的气候模型研究者克劳迪娅·蒂姆雷克（Claudia Timmreck）及其他人的研究，超级火山喷发很可能产生大量硫酸盐气溶胶，而且这些气溶胶可能比规模较小的火山喷发产生的气溶胶颗粒更大，而且更快出现雨洗效应。蒂姆雷克团队还发现对于像黄石火山这样中纬度的火山，火山喷发季节决定了所产生的气溶胶的扩散范围有多广。
围绕着可能的预警信号，存在最大的不确定性。研究者们认为普遍的线索，比如地震、火山口冒出气体增多、由于岩浆上升导致的地面变形，都可能预示会有火山大爆发。火山爆发前夕的这种地质不稳定现象如果没有提前数年，也会提前数月开始，理论上为疏散居民、制定应急响应行动计划提供了足够的时间。但是，科学家们在决定何时拉响警报时会很纠结，美国地质勘探局（USGS）加州门洛帕克办事处的雅各布·洛温斯特恩（Jacob Lowenstern）说，他也是黄石火山气象台的主管科学家，“只凭我们对正在发生的复杂地质过程的部分理解，科学家们很难说服自己。”
那么，就存在应对火山喷发威胁的政治挑战了。1985年哥伦比亚鲁伊斯火山喷发导致23 000人死亡，部分原因就是政府忽视科学家的预报。错误的警报也会导致麻烦，20世纪80年代，地质不稳定现象致使官方发出警报说加州的长谷破火山口可能会喷发，结果没有，但是当地的房地产价格却因此发生震荡，经济蒙受损失。
科学家面临的挑战是辨别哪些指标预示着将会有一场灾难性的火山喷发，而不是小型的火山喷发，或者没有火山喷发。“我们非常擅长事后识别火山喷发的前兆。”赖默说。目前，研究者们说，他们最好的赌注是继续研究为火山提供“食物”的熔岩管道，在下一次超级火山大爆发之前，从未来规模较小的火山喷发中获取尽可能多的信息。
威胁4：世界末日来临
最终，没有什么研究能有效避免或缓解超级火山喷发或其他反常事件，比如地球附近的超新星爆发和伽马射线宇宙爆炸。我们在这些灾难中幸存下来的唯一希望是制定一个退路计划，而该计划的底线是食物。
至少有两位科学家已经描绘了这个计划的蓝图，大卫·登克伯格（David Denkenberger）和约书亚·皮尔斯（Joshua Pearce）在他们2015年的著作《无论世界如何变化，民以食为天》中，提出在没有太阳帮助的情况下，为地球上几十亿人口提供食物的若干种途径。
登克伯格原本是纳什维尔田纳西州立大学的建筑工程师，几年前读到真菌可能在以前的物种大灭绝后快速繁殖的观点，从此开始兼职成为一名灾难研究者。他暗自思考，如果人类面临类似的灭绝威胁，“为什么我们不正好吃蘑菇，这样不就不会灭绝了吗？”
的确，人类可以在死于灾难的落叶和树干上种植蘑菇，登克伯格说。更好的办法是用天然气培养消化甲烷的细菌，或是把众多植物中的纤维素转化为糖类，这一过程已应用于制造生物燃料。登克伯格和身为密歇根理工大学工程学教授的皮尔斯，通过改造翻新现有的工业用植物进行了估算，发现灾难幸存者能生产足够的上述这些替代性食物，可喂养人数是世界人口的数倍。
当然，人类文明的其他一些组成部分也必须和人类一起幸存下来：基础设施、国际合作和法治。纽约市非营利智库全球灾难风险研究所执行所长塞思·鲍姆（Seth Baum）说，人类社会是会存续下去还是会突然断裂是未知数，其他一切都系于此，登克伯格也是该智库的研究人员。
“我们将如何进食？我认为到时候我们唯一能给出的合理答案是我们完全想不到。”鲍姆说。对他而言，灾后的社会恢复只不过是科学家们要解决的另一个问题，而不是留给反乌托邦作家和末日生存者去解决。
并非他反对求生主义者的观点。“尽管他们在电视上看起来傻乎乎的。知道有人在做末日求生的准备，我实际上更高兴，”鲍姆说，他很快补充道，“当然我们希望永远不要走到末日求生这一步。”
资料来源Science
责任编辑 彦 隐