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通古斯大爆炸新解释:是某个天体“打了个水漂”

时间: 2020年05月27日 | 作者: 张二七 | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
今年发表于《皇家天文学会月刊》的一项研究又针对通古斯大爆炸提出了新的理论:通古斯大爆炸可能只是某个天体在地球高层大气“打了个水漂”。


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通古斯大爆炸发生地点附近倒伏的树木(图片来源:the Leonid Kulik Expedition)


100多年前在西伯利亚发生的“通古斯大爆炸”事件至今都吸引着科学家的关注。从小行星撞击到彗星撞击,再到一系列更加冷门的假说,对于这一事件的成因,研究者始终争论不休。而今年发表于《皇家天文学会月刊》的一项研究又提出了新的理论:通古斯大爆炸可能只是某个天体在地球高层大气“打了个水漂”。


撰文 | 张二七


1908年6月30日清晨,在俄罗斯西伯利亚的瓦纳瓦拉,一名男子坐在贸易站的门前。他没有想到的是,不久之后,伴随着一阵巨响,他突然从椅子上掉了下来。热浪袭来,空气热得“好像身上着了火”。而这里,距离通古斯河附近大爆炸中心的水平距离还有约64千米。


在随后的回忆中,他描述道:“突然北方的天空…分成了两半,森林上空的整个北半边天空都被火焰覆盖了…当时空中传来‘砰’的一声巨响…随后又有一些像是石头从空中掉落的声音,也很像枪声,大地都在颤抖。”


这一事件被认为是有记载以来最剧烈的爆炸事件,据估计,它产生的能量是广岛原子弹的185倍,爆炸导致的气压变动在英国都能探测得到。在随后的数天里,亚洲与欧洲的夜空都呈现出怪异的橙红色。


到今天,“通古斯大爆炸”事件已经过去了一百多年,然而我们仍未知道这一事件的成因究竟是什么。


爆炸现场


尽管大爆炸发生在1908年,但直到19年后才由圣彼得堡博物馆陨石馆馆长列昂尼德·库利克(Leonid Kulik)带队进行了实地考察。原本他在1921年就计划进行考察,然而西伯利亚腹地气候极端:冬季漫长而严酷,地面覆盖着厚厚的积雪;夏季短暂,地面会变成沼泽,还有大群的蚊子环伺。这使得他们未能抵达爆炸发生之处。直到1927年,库利克再次带队前往,才终于抵达了这里。


尽管已经过去了近20年,但爆炸带来的破坏仍然清晰可见。在外围地区,库利克发现了大片呈放射状倒伏的树木,据随后的估计约有800万棵。当队伍到达爆炸中心在地面的投影点时,他们发现这里的树反而还直立着,但是树枝和树皮都被剥掉了,“就像一根根木质的电线杆”。


若想造成这种奇特的现象,需要冲击波的波速非常高,才可以趁冲击动量还未传到树干时,就将树枝折断、震落。37年后,在被原子弹轰炸后的日本广岛,也发现了这样光秃秃的树干。


库利克前后三次前往通古斯地区进行考察,试图复原这一事件的起因和经过。起初,当地人并不愿意提起这起爆炸,因为他们相信这是名为Ogdy的神灵带来的,是它的诅咒导致了树木倒伏和鸟兽死亡。相比之下,包含库利克在内的众多科学家更倾向于认为这里曾发生了一起大爆炸。


小行星还是彗星?


NASA近地天体办公室主任唐·约曼斯(Don Yeomans)曾在采访中说:“如果你想和一个小行星研究者聊天,却不知该从何开始的话,那么试试通古斯大爆炸准没错!”


库利克认为,通古斯大爆炸是由一次小行星撞击引起的。但困扰了他以及在随后百余年间困扰无数天文学家的问题在于,若是小行星撞击引发了如此巨大的爆炸,为什么我们既没有发现陨石坑,也没有找到陨石的碎片呢?库利克曾试图回答这个问题,他认为沼泽太软,因此没有形成陨石坑,而陨石碎片也被掩埋了。他在1938年发表的论文末尾写道:“我们希望能在地下25米深以内的区域,找到陨石的碎片。每片应当会有100~200吨重。”然而他始终没能找到自己想找的东西。


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通古斯大爆炸发生的地点(图片来源:NASA)


1977年,另一批研究者也提出了新的假说。他们认为进入地球大气的是一颗彗星而非小行星。其区别在于,彗星的主体由易挥发冰物质组成。这也就有效地解答了为什么人们没能找到任何陨石碎片——在撞到地面之前,彗星就已经挥发了。


神秘的大爆炸引发了越来越多学者的兴趣,如核弹爆炸、物质和反物质爆炸,甚至外星飞船在附近寻找淡水时坠毁导致爆炸等五花八门的理论层出不穷。1973年,《自然》杂志甚至刊登了一篇论文,文中通过计算“有理有据地”说明可能是一个黑洞撞到了地球上,导致了通古斯大爆炸。当然,文章一经发表,就受到了广泛的质疑。


2013年,乌克兰国家科学院的维克托·科娃斯内基(Victor Kvasnytsya)领导的研究团队的一项研究排除了一些理论。研究人员分析了从通古斯大爆炸发生地点取回的泥炭样品。他们在其中发现了冲击导致的一些微观结构,以及冲击形成的蓝丝黛尔石,这些证据充分证明这里曾发生过陨石撞击。


目前,已有100余种理论试图解释这一现象。其中受到较为广泛的支持的理论是,在高温和高压的双重作用下,一块直径约40米、重达10万吨的陨石在约8.5千米的高空发生了爆炸。陨石的主体在爆炸中消耗殆尽,因此没有留下大块的陨石碎片。


这一理论也得到了一定的验证。在2013年,车里雅宾斯陨石在俄罗斯上空发生了爆炸,产生的冲击波冲破了附近建筑物的玻璃,造成近1500人受伤和数百万美元的损失。据估计,该陨石重约9000吨,但随后仅收回了约1800吨的陨石碎片,这也证明在爆炸中,大部分陨石的确未能保留下来。


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有理论认为这个湖可能是一个陨石撞击坑,然而随后在湖底发现的树桩否认了这一假说。还有理论认为可能是外星人在附近寻找淡水时,飞船在附近坠毁导致了爆炸。(图片来源:Sputnik/SPL)


天体“打水漂”


然而最近,俄罗斯西伯利亚联邦大学(Siberian Federal University)的研究者又提出了新的假说,他们认为导致通古斯大爆炸的天体在并未坠落到地面,而是掠过了地球,飞回了太空,就像在地球高层大气“打了个水漂”。


基于这一假设,研究者建立了数学模型,分别研究了不同直径、不同成分的天体是否可能掠过地球高层大气。模型的运算结果首先排除了彗星的可能,理由很简单,彗星在大气中摩擦产生的热量会导致其过早被蒸发,难以产生我们所观察到的剧烈现象。


研究显示,最有可能导致通古斯大爆炸的是一个成分为铁镍合金的天体,直径约100~200米,进入大气的速度在11.2 km/s以上。它从11千米以上的高空穿过,带来的冲击波对地面造成了巨大的破坏。


研究者表示,如果该天体是在高空发生了爆炸,那么根据计算,附近应该有毫米级的陨铁液滴分布,然而过去并未找到过类似的物质。而如果该天体只是“路过”,由于移动速度很快且温度很高,只会有铁原子以升华形式丧失,落到地上后,它们与地表普通的氧化铁并无区别。同时,他们还强调:“我们可以解释事件发生后,欧洲上空的高层大气中为何会存在大量尘埃,从而导致夜空中怪异的红光。”


这项研究发表于《皇家天文学会月刊》。研究者也指出,他们“需要更好地解释关于冲击波形成的问题”,因此在未来的研究中,他们会试图通过树木倒下的模式进行更详细的复原。


按照这个理论,如果这枚天体径直撞向了地球……又会发生什么呢?


论文链接

https://academic.oup.com/mnras/article/493/1/1344/5722124