34亿年前，小行星在火星掀起毀滅級超級海嘯！

在太陽系中,火星和地球常被稱爲一對兄弟行星, 它們在誕生初期的經歷驚人的相似, 但最終卻走向了截然不同的命運。 在太陽系形成的早期階段, 這兩個世界都經歷過劇烈而巨大的撞擊, 都獲得了至今仍然存在的衛星, 都曾擁有相對溫和的地表環境, 以及雖然不算濃厚,卻足以維持氣候的稀薄大氣。 它們的表面都曾廣泛存在大量液態水, 而且在我們目前所瞭解的條件下, 它們也都具備了孕育生命所需的關鍵要素, 而且持續了超過11年的時間。 然而,從行星演化的角度來看, 地球和火星很快便分道揚鑣, 在地球上,生命不僅誕生了, 還徹底改變了整個生物圈, 並一路延續繁盛至今。 而在火星上,情況卻完全不同, 這顆紅色行星逐漸失去了內部的核心發電機, 磁場隨之消失,大氣層被太陽風剝離, 液態海洋最終徹底消退。 但就在這一切發生之前, 大約34億年前, 火星曾遭遇一場真正的末日級災難。 一顆殺手級小行星墜入當時仍覆蓋着海洋的火星表面, 撞擊瞬間形成一個直徑約110公里的巨大隕石坑, 並引發了一場高度超過450米的超級海嘯。 巨大的海浪裹挾着巖塊和撞擊碎屑, 向外奔湧,將這些物質拋射到了距離撞擊點超過1500公里之外的地方。 直到最近,理論模型與觀測證據終於拼合在一起, 這段塵封數十億年的故事才逐漸完整。 這場遠古災難, 爲我們重新理解火星的歷史提供了全新的視角。 那是一個液態海洋仍然覆蓋着紅色星球的時代, 一個早已消失的火星世界。 大約45億年前, 我們太陽系中的行星開始形成, 一顆中心圓橫星逐漸演化成我們的太陽, 而周圍的圓行星盤則分裂形成我們的行星, 它們的衛星以及小行星帶和顆一波帶。 巨行星首先形成, 它們可能向內和向外遷移, 並可能將太陽系早期的一個第五顆行星成員拋射出去。 剩餘的物質早期形成了多個內部岩石行星, 包括水星、金星以及兩顆行星, 原始地球和原始火星, 它們很快就遭受了巨大的撞擊。 雖然假想行星特異亞撞擊地球導致了我們巨大的月球的形成, 但對早期火星的撞擊實際上創造了一個由三顆衛星組成的系統, 最外層的火爲二, 中間的火爲一以及一顆最內側更大的衛星, 但這顆衛星最終沒有幸存下來, 這顆離火星最近的衛星最終墜落到火星上, 這解釋了爲什麼現代火星系統只有兩顆小衛星, 第三顆更大的衛星, 類似於冥王星的巨大衛星卡戎, 很久以前就墜落到火星上, 很可能是由於引力作用被分解成一個碎片環之後墜落的。 當大量物質落回火星表面時, 造成了火星兩個半球之間巨大的差異。 火星的一個半球擁有廣闊的高地, 隕石坑和崎嶇的地形是這一區域的顯著特徵。 這些高地可能是在火星擁有海洋時期的大陸, 代表着在火星早期階段, 一些碎片可能落在了這個半球, 但並非大部分物質都落在了這裏。 相反,另一個富含低地的半球, 其海拔比高地半球低數公里, 可能代表着最內側的衛星撞擊年輕的火星的位置, 從而造成了兩個半球之間巨大的差異。 在這場塑造地貌的事件之後, 水開始積聚,填滿了低窪地區, 形成了一片廣闊的火星海洋。 與此同時, 雖然高地可能也存在湖泊、河流和降雨, 但巨大的火星海洋主要存在於低地地區。 火星曾有水的證據, 這一說法一度備受爭議, 如今已確鑿無遺, 火星表面許多地方都發現了沉積岩、 乾涸的河牀, 甚至富含鹽分的沉積物和赤鐵礦球體。 然而,在我們首次登陸火星表面時, 這些古代海洋的證據尚未被發現。 儘管如此, 我們在首次火星任務海盜一號期間 在火星表面發現的一切, 仍然讓那些專門研究火星的科學家們大吃一驚。 早在海盜一號登陸之前, 人們就知道它的着陸點將靠近一條巨大的洪水通道—— 瑪雅谷的末端。 科學家們預計會發現古代特大洪水的地質記錄, 以及類似地球上洪水發生地常見的沉積物。 例如, 他們預期會看到嵌入沉積物中的巨石和流險型島嶼等特徵, 但實際情況卻並非如此。 相反,那裏遍佈着大量的巨石, 散落在類似平原的地貌上。 這與預期不符, 但每當出現無法解釋的地貌特徵時, 就強烈暗示着一個科學謎團正等待着我們去解開。 一種看似合理但極具推測性的解釋是, 確實發生過一場古代大洪水, 但之後發生的其他事件, 將洪水流下的證據沖走或掩蓋了。 由於巨大的岩石並非嵌在火星土壤的表層, 而是位於其上方, 有人提出某種厚厚的隕石坑噴射物覆蓋了曾經被大洪水沉積物覆蓋的地形。 然而,我們勘測的附近隕石坑不足以支持這一假說。 幾十年來,這個問題一直是個謎。 自海盜一號着陸以來,至今已超過45年。 在《自然科學報告》雜誌上發表的一篇引人入勝的新論文中, 作者聲稱找到了一個潛在的解決方案。 或許海盜一號着陸點位於火星海洋, 大陸邊界的邊緣或附近, 當時火星表面仍然存在海洋, 但這場由Maya Valles河谷洪水氾濫引起的大洪水已經發生。 如果一顆足夠大的天體撞擊了火星海洋, 類似於6500萬年前撞擊地球的那顆著名天體, 那麼隕石坑噴射物和由此引發的巨大海嘯的結合可能是一個潛在的解決方案。 迄今爲止,我們一直缺少的是能夠解釋這一現象的撞擊坑的證據。 正如地球上希克·蘇魯伯隕石坑的發現, 以及在白厄紀古晉紀界線處發現的傅漢義的灰晶層, 證實了小行星撞擊引發了自漢武紀生命大爆發以來地球第五次大滅絕的假說一樣, 上圖中所示的玻爾隕石坑的發現, 或許正是能夠有力支持火星遠古時期遭受巨大撞擊的證據。 玻爾隕石坑在許多方面都引人注目, 它直徑達110公里,是一個巨大的撞擊坑, 位於火星北半球地底,該區域被認爲在火星乾涸之前曾被海洋覆蓋, 位於被認爲是淺海區域,當時的海平面以下約120米, 並且距離維京號着陸器着陸點約900公里。 驗證這一假說的下一步,論文的作者也進行了這項工作, 是模擬小行星和彗星撞擊早期溼潤的火星, 並觀察會產生什麼樣的現象。 這項研究發現,存在多種模型可以解釋觀測到的數據, 具體取決於地面是強烈抵抗還是微弱抵抗撞擊。 在這兩種情況下,撞擊都發生在約34億年前, 在火星失去海洋之前, 但在許多導致特大洪水形成海洋的古老事件之後。 在這兩種情況下,罪魁禍首都是一顆小行星, 其大小在3到9公里之間, 總撞擊能量相當於0.5到1300萬噸TNT當量。 這些模擬結果令人驚歎, 至少對於我這位並非該領域專家的科學家來說是如此。 它們都表明會形成一場規模巨大、 傳播速度極快的海嘯, 其範圍和規模是火星表面上迄今爲止 所考慮過的任何其他海嘯都無法比擬的。 正如您從下面的圖表中可以看到的, 海浪最高可達海平米以上400至500米, 甚至在陸地上也能淹沒超過200米的高度。 短短几個小時內, 海到一號着陸點就會被淹沒, 而在其他地方, 這場特大海嘯的波及範圍距離撞擊點超過1500公里。 這引出了一個引人入勝的故事, 解釋了海到一號着陸器着陸地點如今爲何呈現出這樣的地貌特徵。 首先,火星曾發生洪水, 形成了覆蓋火星低窪北半球的海洋。 其次,一顆小行星與火星發生了一次劇烈撞擊, 產生了大量的噴射物, 並引發了一場巨大的海嘯, 其規模之大,被歸類爲特大海嘯。 第三,特大海嘯將部分物質帶到大陸海岸的高處, 並在退潮時沉積下來。 之後,漫長的時間過去了, 海水開始退去, 這一過程被稱爲海退, 冰川在局部地區形成移動, 然後融化, 在富汗原始撞擊噴射物的區域留下了 特大海嘯帶來的年輕沉積物。 最後,在火星失去地表液態水之後, 又發生了額外的火山活動和隕石撞擊, 形成了我們34億年後所考察的環境, 也就是海盜一號登陸火星時的景象。 值得一提的是, 火星探路者任務的着陸地點, 包括著名的第一輛火星漫遊車旅居者號, 就位於這片疑似特大海嘯沉積區域的邊緣。 這種撞擊和巨型海嘯情景的解釋力非常強大。 維京一號着陸起着陸區域優分選心差, 遍佈巨式的沉積物組成, 這與巨型海嘯產生的衝擊碎屑流的特徵高度吻合。 巨型海嘯沉積的物理機制 與地球上一些已知的現象相同, 例如海浪破碎時沉積物的沉積 以及普通陸地海嘯的沉積過程。 然而,令人費解的是, 該區域並沒有出現巨型海嘯通常會產生的迴流通道。 我認爲, 巨型海嘯的最遠範圍與古老的一流通道重合, 這使得整個研究變得複雜。 此外,在這些最遠的上游區域, 巨型海嘯的深度通常小於10米, 坡度也通常很緩,只有大約0.1度。 因此,由此產生的迴流會很弱, 不足以再次移動這些巨石狀沉積物。 換句話說, 沖流和迴流在相應的流速和輸送沉積物的能量方面是不對稱的。 總而言之,這是一個非凡的構想。 它可能很快成爲解釋美國宇航局首個火星着陸器 海盜一號所探測到的地貌特徵和形成歷史的新共識。 這個區域已被從軌道和近距離進行了徹底的勘測, 它可能代表着火星上唯一一個位于海洋邊緣的災難性洪水區域, 而這片海洋在火星形成十億多年後仍然存在。 最重要的是, 新發現並命名的波爾隕石坑可能爲我們提供了在地球以外的行星上 發現的第一個類似希克·蘇魯伯撞擊事件的證據。 我們早就知道太陽系是一個充滿暴力的地方, 冰質、岩石甚至金屬天體在其中高速穿梭, 能夠撞擊、破壞甚至摧毀行星表面的大部分區域。 現在,這些零散的線索首次如此完美的契合在一起, 使我們得以重建火星上的一次古老撞擊事件, 這次撞擊引發了巨大的海嘯。 而且,如果當時火星表面存在生命, 很可能在三十四億年前導致了一次物種大滅絕。 儘管火星體積小,表面重力低, 但它仍然是這些天體脆弱的攻擊目標。 最終,我們守個火星着陸器提出的疑問或許終於有了答案。 六千六百萬年前,一顆直徑十公里的小行星撞向地球, 引發了恐龍的滅絕。 根據美國密歇根大學最新研究, 這場撞擊還引發了一場巨大的海嘯, 海浪高達1.6公里, 沖刷了距墨西哥尤卡坦半島撞擊地點數千公里的海底。 這顆撞向地球的小行星在墨西哥尤卡坦半島附近 留下了一個直徑約一百公里的隕石坑。 除了結束恐龍的統治之外, 還導致地球上75%的動植物大規模滅絕。 研究人員通過計算機建模來更好的瞭解海嘯及其影響範圍, 一顆直徑爲14公里的小行星以每小時43,000公里的速度飛行, 撞擊尤卡坦半島併產生了巨浪。 他們還通過研究來自全球的120個海洋沉積物演習, 找到了關於海嘯路徑和力量的證據。 據估計,撞擊帶來的巨型地震釋放的能量爲10的23次方焦爾, 比2004年12月印度尼西亞蘇門達臘島9.1級地震釋放的能量高出約5萬倍。 海嘯的初始能量比印尼海嘯的能量大3萬倍。 印尼海嘯造成超過23萬人死亡, 是現代記錄中最大的海嘯之一。 模擬顯示,海嘯主要向東部和東北部輻射進入北大西洋, 並通過中美洲海道向西南部輻射進入南太平洋。 在一些盆地和一些鄰近地區,水下水流速度可能超過20釐米每秒, 這個速度足以侵蝕海底的細粒沉積物。 相比之下,根據該團隊的模擬, 南大西洋、北太平洋、印度洋和今天的地中海地區基本上沒有受到海嘯最強烈的影響。 在這些地方,水流速度可能低於20釐米每秒的預知。 根據這項研究,海嘯的威力足以產生約1600多米高的巨浪, 沖刷距離小行星撞擊地數百萬公里的海底。 它有效地抹去了海嘯產生之前及其間該地區所發生事件的沉積記錄。 該研究主要作者莫利·蘭奇說, 這場海嘯的強度大到足以擾亂和侵蝕地球另一段的海洋盆底中的沉積物, 或摧毀了一些更古老的沉積物,使得沉積記錄留下了缺口。 當小行星撞擊地球,人類怎麼辦? 這是許多科幻電影探討的終極生存命題。 我也看了電影《流浪地球》,編劇充分發揮了想象力, 但一些情節還是有科學根據的。 科幻與現實之間的邊界並非壁壘森嚴。 今年初,一顆編號爲2024Y24的小行星因撞擊地球的可能性一度引發全球關注。 雖然它最終被確認爲虛驚一場, 但探討近地小行星防禦絕非杞人憂天。 6500萬年前,一顆直徑約10千米的小行星猛烈撞擊如今的墨西哥灣附近, 引發全球性氣候災難,改寫了《地球生物演化史》。 1908年,一顆直徑約50米的小行星在西伯利亞通古斯河上空爆炸, 焚燬2000多平方公里森林。 2013年,俄羅斯徹里亞賓斯克上空一顆直徑約17米的小行星爆炸, 衝擊波導致近1500人受傷。 這些罕見卻致命的事件警示人類, 近地小行星撞擊地球是人類社會共同面臨的潛在威脅與長期挑戰。 人類已發現3.7萬餘顆近地小行星。 根據近地小行星的理論群體模型, 目前人類已對95%以上直徑達1000米級的近地小行星完成編目工作。 然而,仍有大量中小尺寸的近地小行星尚未被編目, 它們一旦撞擊地球,可能引發區域級災難。 科學界將距離地球軌道最小距離爲0.05個天文單位, 直徑大於等於140米的小行星認定爲潛在威脅小行星。 目前已發現2400餘顆這樣的小行星。 防患於未然,國際社會已採取行動。 2014年,聯合國和平利用外層空間委員會框架下成立了國際小行星預警網, 空間任務規劃諮詢小組,積極應對小行星威脅。 美國、俄羅斯和歐洲等國家和地區紛紛成立專門機構, 統籌協調組織本國和本地區小行星撞擊風險應對工作。 應對小行星這一危險的天外來客,涉及監測預警、 災害評估、載軌處置等諸多環節。 此次香山科學會議上,如何對小行星進行載軌處置成爲焦點話題。 載軌處置分爲三種方式。 一是動能撞擊,通過直接撞擊使小行星變軌或破碎。 這種方式適用於尺寸較小且預警時間較短, 或尺寸較大且預警時間較長的小行星。 二是核爆炸,適用於尺寸較大且預警時間較短的小行星。 三是長期作用力,通過接觸式或非接觸式作用力使小行星變軌, 包括引力牽引、激光燒石、離子束牽引、質量驅動、太陽光壓等方式。 其中,動能撞擊技術成熟度高,作用效果明顯,無需長期的軌道操作。 動能撞擊是當前應對中小尺寸近地小行星最現實、可信的載軌處置手段。 2022年9月,美國雙小行星重定向測試任務成功完成一次動能撞擊載軌處置演示。 航天器在距離地球約1100萬公里處, 以每秒6.1千米的速度撞擊近地雙小行星系統的衛星迪莫福斯, 使其繞母星公轉週期縮短33分鐘。 開展動能撞擊載軌處置演示任務,也是我國科學家努力的方向。 中國首次小行星防禦載軌驗證任務可以通過動能撞擊的方式, 改變一顆直徑約30米近地小行星的軌道, 並通過地基與天基設備的聯合觀測,對撞擊效果進行全面評估。 前不久,中國行星探測工程天文2號任務探測器運抵西昌衛星發射中心, 計劃於今年上半年實施發射。 按照計劃,天文2號任務將通過一次發射, 實施近地小行星2016HO-3伴飛、旭亞、返回和主代彗星311P伴飛探測等多項任務。 天文2號在暗若小行星目標捕獲與自主交匯, 若引力小行星近距離探測自主導航,若引力小, 天體表面可靠附着與固定,在軌目標特性繁衍與三維重構複雜。 任務模式的探測器自主管理等方面突破了小天體探測主要關鍵技術, 將爲後續小行星防禦任務奠定技術基礎。 短短兩個多月的觀測,人類對於小行星2024Y24的瞭解還不算多, 目前看來它繞行太陽一圈需要四年時間。 讓它登上各大排行榜首位的因素就在於, 根據人類目前掌握的關於它的軌道數據的測算, 在兩個四年,也就是大約八年時間之後, 2024Y24有大約1%到2%的概率在2032年12月22日與地球相撞。 地球遭到小行星撞擊的概率是多少? 根據觀測數據計算, 地球遭受足以毀滅一個大城市規模的小行星撞擊的概率大約是每100年一次。 不過這樣的概率對於個人的指導意義不大, 畢竟人的生命相對短促,而意外又總會不期而至。 就在幾年前,來自美國航空航天局的消息還說地球在未來幾百年不大可能遭受小行星撞擊, 如今2024Y24就登上了全世界的熱搜榜。 就是因爲太空中總會有些尚未被發現的小行星忽然出現, 也會有一些小行星從火星與木星之間的小行星帶受到引力作用進入到太陽系內部。 這些新出現的小行星往往會讓人感到措手不及。 不過,目前看來,人們還不需要對小行星2024Y24過於緊張。 首先,2024Y24並不是希克蘇魯勃,兩者在體量上有極大的差異。 當年希克蘇魯勃的撞擊造成了全球性的災難, 而2024Y24的直徑尚且不到100米。 根據估計,即便它撞擊到地球表面, 最多隻會對撞擊點附近50公里的範圍內造成損害, 而不會引發全球性的危機。 其次,雖然2024Y24目前在小行星風險排行榜的榜首位置, 但實際上它撞擊地球的概率也只有2%左右,還是相當小的。 反過來看,它有98%的概率與地球擦身而過,彼此相安無事。 計算小行星與地球相撞的概率取決於我們對於這顆小行星究竟瞭解多少。 兩個多月的時間裏,雖然人類計算2024Y24與地球相撞的概率 從1%左右上升到了2%左右,看似增加了一倍, 但也有很多人估計,當人類對2024Y24的運行軌道有了更清晰的瞭解之後, 相撞概率會大幅減小。 目前,2024Y24已經吸引了多個國際組織的關注。 目前正在太空中進行宇宙觀測的詹姆斯, 微博太空望遠鏡也將從2025年3月開始追蹤2024Y24的軌跡。 最重要的一點在於,近些年來,隨着人類太空技術的不斷進步, 人類已經基本具備了抵禦小行星撞擊的一些手段。 即便是面對一些小行星的正面來襲,人類也不至於坐以待斃。 想要抵禦小行星的撞擊,簡而言之,只要在撞擊尚未發生前, 稍微改變小行星運行的軌道。 在2018年6月,日本宇宙航空研究開發機構發射的損鳥2號探測器, 在經過了三年的太空旅行後,到達目標小行星龍宮。 時至2019年4月,損鳥2號在小行星龍宮的附近引爆一個炸彈, 利用炸彈的衝擊利用一個銅質撞擊物撞擊小行星龍宮的表面, 以此取得其內部的樣本。 在2021年初,美國航空航天局發射的歐西里斯號探測器, 也曾經在一顆有2700分之一的幾率撞擊地球的小行星貝努表面採集樣本。 美國航空航天局行星防禦戰略在2022年9月啓動了第一個太空實驗, 一個冰箱大小,名爲雙小行星改道測試飛行器在距離地球1100萬公里的太空中 以每秒鐘6.6公里的速度撞擊一個大約金字塔大小, 名爲達摩爾法斯的小行星。 在撞擊發生兩週之後,通過分析從各種渠道取得的數據, 美國航空航天局確認這次動能撞擊試驗取得了成功。 被撞擊之後,達摩爾法斯圍繞另一個天體運行的週期縮短了32分鐘。 這是人類歷史上首次有目的地改變某個天體運行的軌道。 隨着各個機構對其觀測的深入, 關於小行星2024Y24必定還會出現越來越多的消息。 即便之後確定它不會與地球相撞,大家原本只是虛驚一場, 這則新聞也足以讓人類再次意識到地球家園的可貴。 這顆太空中的藍色星球承載了我們所有的文明與夢想。