天文學家說“世界末日”

零壹貳012 2020-07-06

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我是誰？我從哪里來？要到哪里去？早在2000多年前，古希臘哲學家柏拉圖就提出了這一終極命題。事實上，與世界如何起源相比，世界何時、以什么方式終結，更令我們感到困惑。世界末日的預言和有關傳說起源于原始宗教，主要指地球文明的終結；科學上所謂的世界末日，則是指宇宙系統(tǒng)的崩潰或人類社會的滅亡。

可能導致“世界末日”來臨的原因有哪些呢？有關假說不下十余種。比如科幻作家艾薩克·阿西莫夫認為是機器人將主宰世界，反過來奴役創(chuàng)造它們的人類。此外還有小行星撞擊地球、超級火山爆發(fā)、環(huán)境崩潰、災難性疾病全球大流行、大規(guī)模核戰(zhàn)爭爆發(fā)、外星人入侵、太陽災難、超新星爆發(fā)……

所謂世界末日，其實可以分成三個層次：一是人類末日，人類毀滅后，地球還能存在；二是地球末日，地球所在的太陽系毀滅后，宇宙還能存在；三是宇宙末日，就是整個宇宙系統(tǒng)都崩潰了。下面，我們就從天文學角度聊聊有關“世界末日”的話題。

小行星撞地球

說到“世界末日”，對人類社會威脅最大的或許就是小行星撞地球了。其實，這種事情早就發(fā)生過。

一位年輕的地質學家在意大利進行野外考察時，偶然發(fā)現(xiàn)了一層6500萬年前形成的沉積物薄層。令人不解的是，這層僅有6毫米厚的黏土層似乎成了一道“分界線”：在這一層年代以前的層面里，能夠發(fā)現(xiàn)很多恐龍化石；但在這一層年代之后的層面里，什么恐龍的化石也沒有發(fā)現(xiàn)。事實上，這種現(xiàn)象不足為奇，在世界許多地方都有，所以并沒有引起人們的格外重視。不過，這位地質學家的父親是一位曾榮獲諾貝爾物理學獎的著名粒子物理學家。父親突發(fā)奇想，認為這6500萬年前形成的黏土中或許含有地球之外的某種物質，便讓兒子去化驗其中的化學成分。

經(jīng)過化驗，科學家在黏土中發(fā)現(xiàn)了高濃度的銥，其含量超過正常含量幾十甚至數(shù)百倍。如此高濃度的銥在隕石中可以找到，因此，科學家們就把它與發(fā)生在6500萬年前的恐龍大滅絕聯(lián)系起來了。根據(jù)黏土中金屬銥的含量，科學家們還推算出當時撞擊地球的物體是一顆直徑10千米左右的小行星。對于地球來說，遭到如此大的物體的撞擊，絕對是一次無與倫比的打擊?？茖W家推算，這次撞擊引發(fā)了相當于里氏10級左右的地震；撞擊所產(chǎn)生的隕石坑直徑超過100千米。科考人員用了10年的時間，終于在中美洲尤卡坦半島的地層中找到了這個大坑，坑的直徑為180~300千米。

究竟是什么原因造成了6500萬年前白堊紀末期的恐龍大滅絕？科學家們提出了各種假說，爭論不休，莫衷一是。物理學家與地質學家父子所提出的“撞擊說”只是其中之一，況且，由于他們的學術領域并非生物學，其假說自然遭到了各種質疑，甚至一度被認為是偽科學。

不過，有一位名叫蘇梅克的天文學家堅定地支持“撞擊說”。機緣巧合的是，1993年3月4日，蘇梅克夫婦和他們的好友、天文愛好者列維從拍攝的天文照片中發(fā)現(xiàn)了一串晶瑩璀璨的“太空項鏈”。原來，這是一群彗星。它們被命名為蘇梅克-列維9號彗星。軌道計算表明，這群彗星原本是一顆，在1992年7月7日繞木星運行時，在木星巨大的引力作用下解體成了21塊直徑在1~10千米的碎片。科學家根據(jù)計算預測：1994年7月17～22日，當這些碎片再次飛近木星時，將會以60千米/秒的速度與木星相撞，每一塊都會將木星撞出地球那么大的坑。值得一提的是，這是人類第一次對天體相撞事件做出預測。

既然小天體可以撞擊木星，它也可能會撞擊地球。在地球上發(fā)現(xiàn)的證據(jù)和天體觀測時發(fā)現(xiàn)的證據(jù)結合在一起，終于印證了“撞擊說”。此后，生物學界逐漸接受了這一假說，即發(fā)生在6500萬年前白堊紀末期的恐龍大滅絕是由于小行星撞擊地球造成的。

為什么一個小行星撞擊地球，會造成如此大的災難性后果呢？假若有一個直徑10千米左右的小行星撞擊到地球，將會釋放出包括核反應在內的巨大能量。其實，核反應還不是最恐怖的；最恐怖的是，這一撞擊將會把地球上的塵?！霸摇钡酱髿鈱拥钠搅鲗由稀Ｆ搅鲗釉诰嚯x地表大約10~50千米的高度，其空氣主要表現(xiàn)為水平方向運動，對流現(xiàn)象減弱。被小行星撞擊“砸”上平流層的塵?？梢栽诖藚^(qū)域長期停留，不會很快落下。于是，這些停留在平流層中的塵埃越積越多，遮天蔽日。沒有陽光，植物就會因無法進行光合作用而逐漸死亡。接下來，那些以植物為食物的食草動物就會因失去食物而死亡。再接下來，以食草動物為食的食肉動物也會滅亡……

自從地球上出現(xiàn)生命以來，生物的演變發(fā)展可謂多災多難。從地質考古學角度來看，生命進化史上發(fā)生過至少5次生物大滅絕事件。其中，離我們最近的一次就是發(fā)生在6500萬年前的那一次。當時，有包括恐龍在內的超過50%的物種消亡。而在這之前的幾次毀滅性災難，導致60%~70%的物種滅絕。

星系撞星系

小行星撞擊地球可能會毀滅地球上的一些物種，但不大可能摧毀整個地球。那么，有什么可以毀滅整個地球的呢？科學家預測，在大約50億年之后，當太陽的燃料消耗殆盡之時，它將變成一顆紅巨星，體量不斷膨脹，最終吞噬掉整個地球。除了這個太陽災難說外，還有一種可以毀滅整個地球的宇宙現(xiàn)象，也是宇宙中目前可以觀測到的最劇烈現(xiàn)象之一，即星系撞星系。

我們知道，地球所在的太陽系其實只是巨大的銀河系里極小的一部分，而在整個宇宙中，像銀河系這樣的星系有上千億個。天文學家發(fā)現(xiàn)，這些星系的正中間都存在著一個巨大的黑洞。打個比喻，這個黑洞就如同羊群里的一頭猛虎，一旦周圍有哪只小羊不小心走入它的地盤，就會被它毫不客氣地吞吃掉。那么，如果兩撥羊群和它們中間的老虎匯合在一起，會發(fā)生什么呢？場面一定會非?；靵y。當兩個星系相撞，在正常情況下，由于引力的作用，兩個黑洞最終會并合，形成一個更大的黑洞。

仙女座星系距離地球有254萬光年，是距銀河系最近的大星系。天文學家觀測發(fā)現(xiàn)，仙女座星系正以120~300千米/秒的速度向銀河系靠近。2012年，天文學家分析了哈勃太空望遠鏡觀測的仙女座星系在2010~2012年的運動狀態(tài)，從而預測在30億~40億年后，仙女座星系一定會與銀河系相遇。

宇宙“大撕裂”

前面我們介紹了所謂世界末日中有關人類末日和地球末日層面的知識，現(xiàn)在，就談談最后一個層面——宇宙末日。

宇宙末日真的存在嗎？宇宙末日有可能來臨嗎？

說起來你可能不太相信，我們人類能夠看到的世界其實只占宇宙總物質的5%；還有約25%叫暗物質，它有引力，但是我們看不見它；其余約70%叫暗能量，產(chǎn)生斥力，我們同樣看不見它。宇宙中暗物質和暗能量的總質量是普通物質的6倍，在宇宙能量密度中占了1/4；更重要的是，暗物質和暗能量主導了宇宙結構的形成。

那么，為什么我們在日常生活中感受不到暗能量的斥力呢？這是因為，暗能量的斥力只有在整個宇宙的尺度上才起作用，而在我們的日常生活中，它太小了，完全不起作用。

不過，在理論上——僅僅是在理論上——存在著這樣一種可能性，就是暗能量的斥力可以越變越大，直到大到足以對抗宇宙中所有的引力。在這種情況下，當暗能量把宇宙中所有結構都破壞掉的時候，我們可以稱之為“宇宙末日”，或者叫“大撕裂”。

如果我們不了解宇宙暗物質的性質，就不能說我們已經(jīng)了解了宇宙?，F(xiàn)在已經(jīng)知道了兩種宇宙暗物質——中微子和黑洞，但是它們對宇宙暗物質總量的貢獻是非常微小的，宇宙暗物質中的絕大部分現(xiàn)在還不清楚。

超新星爆發(fā)和伽馬射線暴

超新星爆發(fā)是某些恒星在演化接近末期時經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。超新星爆發(fā)過程中所突發(fā)的電磁輻射通常能夠照亮其所在的整個星系，并可持續(xù)數(shù)周至數(shù)月才會逐漸衰減變?yōu)椴豢梢姟Ｔ谶@段時間內，一顆超新星所輻射的能量可以與太陽終其一生中所輻射能量的總和相當。

公元185年12月7日，我國古代天文學家觀測到超新星185，這是人類歷史上發(fā)現(xiàn)的第一顆超新星。這顆超新星在夜空中照耀了8個月。《后漢書·天文志》中記載：“中平二年十月癸亥，客星出南門中，大如半筵，五色喜怒，稍小，至后年六月消?！?987年2月24日，位于大麥哲倫星云的超新星1987A在爆發(fā)后的數(shù)小時內就被發(fā)現(xiàn)。這是現(xiàn)代超新星理論第一次獲得可以與實際觀測比較的機會。2006年9月18日，距地球2.38億光年的超新星SN2006gy爆發(fā)（曾被認為是不穩(wěn)定的超新星，但沒有得到證實），這是人類有史以來觀測到的最強烈的超新星爆發(fā)。

超新星通過爆發(fā)，會將其大部分甚至幾乎所有物質以高至1/10光速的速度向外拋散，并向周圍的星際空間輻射激波。這種激波會導致形成一個膨脹的氣體和塵埃構成的殼狀結構，這被稱作超新星遺跡。超新星是星系引力波潛在的強大來源。初級宇宙射線有很大的比例來自超新星。

在過去的1000年里，銀河系發(fā)生過三次超新星爆發(fā)。讓我們感到幸運的是，它們與地球的距離比較遠，否則的話，就很有可能把地球炸飛。我們目前尚無法預測下一次超新星爆發(fā)在什么時間，距離地球有多遠。所以，對于人類來說，超新星爆發(fā)還是具有一定危險性的。

說完超新星爆發(fā)，我們再聊聊伽馬射線暴。

伽馬射線暴又稱伽馬暴，是宇宙中發(fā)生的最劇烈的爆炸，理論上是巨大恒星在燃料耗盡時塌縮爆炸或者兩顆鄰近的致密星體（黑洞或中子星）合并而產(chǎn)生的。伽馬射線暴短至千分之一秒，長則數(shù)小時，會在短時間內釋放出巨大能量。如果與太陽相比，它在幾分鐘內釋放的能量相當于萬億年太陽輻射能量的總和，其發(fā)射的單個光子能量通常是典型太陽光的幾十萬倍。

那么，人類什么樣的活動有可能產(chǎn)生伽馬射線暴呢？那就是核爆炸。所以，最初的伽馬射線暴監(jiān)測并不是由天文學家，而是由美國軍方來做的。為了監(jiān)視蘇聯(lián)的核試驗，美國軍方發(fā)射了可以測量伽馬射線的衛(wèi)星。這樣，只要蘇聯(lián)進行核試驗，就會發(fā)出伽馬射線，從而被美國軍事衛(wèi)星捕捉。然而，令人意想不到的事情發(fā)生了。美國軍方發(fā)現(xiàn)，居然每天都能夠監(jiān)測到伽馬射線，難道蘇聯(lián)人每天都在不分晝夜地進行核試驗？后來，美國軍方才搞明白，他們所監(jiān)測到的伽馬射線其實并不是來自于蘇聯(lián)的核試驗，而是宇宙中的天體發(fā)出來的。

科學家評估認為，強大的伽瑪射線暴能夠殺死一定范圍的宇宙生命。伽瑪射線暴強大的輻射可破壞生物DNA，并導致行星失去大氣層。這或許能夠說明，為什么我們至今仍然沒有找到其他宇宙生命。更致命的是，伽瑪射線暴還有定期發(fā)生的規(guī)律。這對宇宙生命而言，是個不利的消息，因為這會阻止宇宙生命進化成高級物種。

科學家發(fā)現(xiàn)，伽瑪射線暴在大約5億年前曾襲擊過地球，導致大量的生命滅絕。地球在過去的歲月中受到伽瑪射線暴的“洗禮”，只不過地球生命頑強地生存下來了。那么，地球未來的命運會如何呢？