基本介紹
- 中文名：彗星災變說
- 地點：英國
- 機構：愛丁堡皇家天文台
- 作者：天文學家克拉勃
災變說,彗星災變說,影響,聯繫,對地球的影響,
災變說
太陽系起源的學說之一，認為行星是某種偶發事件引起的劇變而形成的。第一個災變說是法國人G.L.L.布豐1745年提出的彗星說：認為一顆大彗星掠碰太陽使它自轉起來，而碰出的太陽物質在繞轉過程中形成了行星和衛星。它否定上帝創世，一度有相當影響。1900年，美國地質學家張伯倫提出了“星子說”（或稱“微星說”）。後來，他同美國天文學家摩耳頓合作，加以修改和發展。他們構想，以前有一顆恆星運行到離太陽只有幾百萬公里的地方，在太陽的正面和反面掀起兩股巨大的潮。從太陽噴出的物質逐漸匯合形成一個圍繞太陽的氣盤，然後凝聚成許多固態質點，再集聚成固態塊，稱為“星子”，最後它們聚合成行星和衛星。1916年，英國天文學家金斯提出了著名的“潮汐說”，他假定有一巨大的恆星接近太陽，在它的作用下太陽表面產生潮汐隆起物；正面的隆起物相當大，逐漸脫離太陽，形成一雪茄菸形的長條繞太陽旋轉，長條內氣體凝聚，進而集結成各個行星。這個學說被以後的理論計算所否定。金斯以後的災變說主要有：①傑弗里斯的“碰撞說”，認為另一顆恆星與太陽擦邊相碰，碰出的物質形成了行星系；②里特頓等人的“雙星說”，認為太陽是雙星的一個子星，這對雙星因受第三顆恆星作用，分出物質，形成行星系；③霍伊爾等人的“超新星說”，認為太陽的伴星是超新星，它爆發出的一部分物質被太陽俘獲。為了說明觀測到的事實，絕大多數災變說都要假設許多偶然因素，這是災變說的主要弱點。另外，它們都不能解釋太陽系角動量特殊分布的問題，事實上從太陽分出的熾熱物質容易擴散而不可能凝聚成行星。因此，這些學說都被否定了。提倡災變說的某些天文學家，後來也改而主張星雲說。
從19世紀70年代～20世紀50年代，出現了20多種災變說。其共同的特點是仰仗2顆或3顆恆星（其中有一顆是太陽 ）的彼此接近或碰撞來解釋行星的起源。但是後來發現，它們至少有三大難題：①恆星間的接近或碰撞機率極小，難以說明有眾多日外行星系存在。②從恆星或太陽拉出的物質擴散的速度遠大於凝聚速度，不會形成行星。③計算表明，這種模式同樣迴避不了角動量的困難。因而20世紀50年代後逐漸走向衰落，有些學者還放棄了原有觀點支持新星雲說。當然也有些災變說也含有一些可取之處，如美國T.C.張伯倫和F.R.摩爾頓的災變說中有關行星由星子碰撞吸積方式形成的思想現已為多數新星雲說所承襲和發展。
彗星災變說
阿波羅型小行星及分子雲的影響
影響
17世紀初，隨著望遠鏡的問世，伽里略第一次發現了浩瀚的銀河系是由無數顆星星組成的。到兩百年前，威廉·赫歇耳證實了銀河系是一個巨大的扁平圓盤狀恆星集團，而太陽則是其中的一員。本世紀初天文學家們進一步認識到包括太陽在內的絕大部分恆星都在繞著銀河系中心的巨大軌道上運行，而恆星之間發生相互碰撞甚至接近的機會都是極為罕見的。除了恆星之外，在銀河系內還存在著一些暗星雲，它們是氣體和塵埃的混合體。最近的暗星雲離我們約500光年，直徑為65光年。雖然他們比恆星大得多，但卻極為稀薄。因而從赫歇耳年代以來，天文學家一直認為當太陽帶著它的家庭在銀河系裡漫遊時，根本不用擔心與恆星或星雲碰上，即使碰上星雲也沒有關係。儘管每天有數以千噸計的隕星物質從天而降，落到地球上來，但它們大都是一些微不足道的小東西，無須擔心。然而近代的一些重要發現也許會使這種"安全感"發生動搖。
首先，射電天文觀測發現，上面提到的暗星雲只不過是一些質量很大、溫度甚低的星雲集合體的極小部分。它們集中在銀道面內一些有相當厚度的環狀區內；因此不發光，所以光學觀測便發現不了。太陽大約每經過1~2億年的時間就會接近或穿過其最密集部分，在那兒星雲個數多達5000個，而質量約為太陽的50萬倍。它們是銀河系內最大的天體，但是在幾年前人們卻不知道它們的存在。
其次的發現得歸功於對太陽系內行星和衛星上的隕星坑的研究，以及用大視場望遠鏡所進行的小行星探索工作。人們已知道，地球受到阿波羅型小行星撞擊的機會要比以前所認識到的多得多。這類小行星的直徑為1公里左右，它們中間最大的一些大部分看來並不來自小行星帶，而更可能是某些甚長周期(106年)彗星演化的最終產物。這類彗星的軌道是很扁的橢圓，當它們進入太陽系內圈時就有可能被捕獲，軌道變得很小，周期也縮短到一年左右。
我們來看看如何把這兩項發現聯繫起來
聯繫
分子雲的質量十分巨大，因此當太陽系通過它時會受到雲的引力作用，使行星有脫離太陽的趨向，即所謂潮汐效應。不過由於行星距離太陽要比距離分子雲近得多，太陽的引力效應起支配作用，行星系統是不會因此而瓦解的。但是彗星的情況就不一樣了，它們離太陽要比最遠的行星到太陽的距離還遠上100倍。數以十億計的彗星位於奧爾特雲內，距太陽0.8光年左右。因而每當太陽與星雲接近時，雲的引力會對這些彗星產生很大的影響。計算表明一次接近時可能把奧爾特雲的25~90%掃到星際空間去。通常認為奧爾特雲是在大約45億年前從原始太陽系中分離出去的。那么由於每1~2億年太陽經過星雲密集區一次，當時的原始奧爾特雲必然被破壞得很厲害，存在的應是原始奧爾特雲歷經劫數後的殘餘物。然而事實是，長周期彗星仍然不斷地從這種極不穩定的區域中跑出來，因此今天所看到的奧爾特雲是"不久前"為太陽所俘獲的。
被俘獲的新的奧爾特雲又從何而來呢？唯一的來源看來只能是分子雲本身。可以證明，如果分子雲質量（大部分為重元素）的百分之幾以彗星形式出現，那么象奧爾特雲那樣大尺度的彗星族就可以在太陽與分子雲第一次接近時就為太陽所俘獲。在大體上平衡的情況下，彗星族的流通是頻繁而又劇烈的，每當太陽通過銀河系旋臂時，這種俘獲事件就會有規則地發生。這時行星際空間就存在大批彗星，而地球上就會出現受阿波羅型小行星轟擊的事件。
早在分子雲發現之前，人們就認為彗星的發源地——奧爾特雲是在大約45億年前從太陽系的原始行星系統中分離出來的，而上述彗星起源理論則同這種概念截然不同。這兒似乎有一個困難，即分子雲密度相當低，近乎真空，而大彗星的核則可達100公里。那么彗星又怎樣從星際雲中成長起來呢？這是一個尚未完全解決的問題，但是我們知道彗星是客觀存在的，而對太陽系這個我們最熟悉的行星系統來說，許多證據表明構成原始隕星物質的結構是具有耐熔顆粒的雜亂礦脈，其周圍是揮發性物質，而從熾熱的星際介質冷卻到分子雲溫度過程中凝聚而成的正是這種東西。行星際塵埃可能就是由這種物質失去外層揮發物後組成的，它們也許正是彗星的碎片，這樣，就同上述理論聯繫起來了。很可能在恆星從旋臂區產生的過程中彗星是一種中間產物。
彗星或小行星的襲擊對地球的影響
對地球的影響
當地球受到彗星或小行星襲擊時將會出現什麼樣的情景呢？讓我們先來看看以往的事實，最有名的當推1908年6月30日早晨發生在蘇聯西伯利亞葉尼塞河上游通古斯地區的一次大爆炸，即所謂通古斯事件。有人認為這次爆炸是由一次彗星撞擊地球引起，而這顆彗星又可能是業已瓦解的恩克彗星的一部分。計算表明，如果彗星碎片總質量為350萬噸，平均密度為每立方厘米0.003克，以每秒40公里的速度和30°的入射角進入地球大氣層，那就可以引起通古斯事件那樣規模的爆炸。
但太陽穿過或接近分子雲時又可能出現什麼樣的結構呢？如果前述理論成立，那么每經過一億年左右，即有大批彗星天體進入太陽系的範圍，其中最大的彗核直徑超過10公里，撞擊速度可達每秒30公里。要是有這么一顆彗星到達地球，其後果是不堪構想的。首先，彗星進入地球大氣層內就會引起巨大的衝擊波，可以一下子殺死半個地球上的全部生物。這時，空氣溫度上升到500℃左右。因落地撞擊引起的陣風，在離撞擊點2000公里處的風速仍可達每小時2500公里。結果，整個地球上空將會覆蓋一層厚厚的塵埃幕布，太陽光線無法穿過它到達地面。這層塵埃雲將會延續好幾個月。另一方面，這顆巨大火流星中的一氧化氮會破壞大氣中的臭氧層，因而在塵埃雲最終沉息下來之後，地球表面就會直接受到太陽的紫外光照射，其強度是致命的。此外，撞擊時會引起全球性大地震，由此導致的陸地起伏一般可達10米。
地球表面大部分地區是海洋，所以彗星擊中海洋的可能性也許更大一些，其後果同樣是極其嚴重的。首先，濺落中心區部分可能產生高度達幾公里的巨浪，即使在離中心區1000公里處，大浪的高度還可以到達500米。濤濤巨浪最終將進入大陸架並衝上陸地。這時，地核中的內部流動情況受到強烈的干擾，並影響到地球磁場，而這種磁場擾動時，就可能同各類生命的大批死亡聯繫在一起。另一方面，原來支配大陸漂移的是一種緩慢的、帶粘滯性的推進式運動。在彗星的猛烈撞擊下，這種運動便會受到極大的干擾，結果引起板塊運動。地殼上會出現10~100公里寬的大裂縫，造山運動十分劇烈，同時引起普遍性的火山爆發，地球最後變得面目全非；一旦重新平息下來之時，其生物學和地球物理學環境已與撞擊發生之前大不相同了。
根據上述理論可以作出一項預言，那就是從銀河系的時間尺度來看，許多地球物理現象應該是間歇性的。不僅如此，地球上生命的大規模消亡應該與劇烈的造山運動和大規模火山爆發同時發生，而且應當發生在磁場受干擾的時期之內。實際上不少史實也正說明了這一點。比如：恐龍的滅亡在時間上與地質史上最大規模火山爆發開始時期相一致，而且在這之前約500萬年出現了延續時間長達2000萬年的地磁擾亂。在二迭紀~三迭紀間的生物大規模絕滅期內，有96%的海洋生物突然死亡，它同樣也發生在一場地磁場擾亂期內。這些是不能用偶爾一次彗星對地球的撞擊所能解釋的，而正好同上面有關彗星對地球大規模轟擊的概念相一致。
美國加州大學最近的研究又從另一側面證實了上述理論的預見：進行這項研究的小組人員在義大利約6500萬年前的沉積層中發現了稀有元素銥的含量高得出奇，後來又在地球上其它幾十個地方發現了同樣的現象。要知道，銥在地球上含量極少，可是在小行星中含量卻很高，因而一種合理的解釋是在那個時期發生過一次阿波羅型小行星轟擊地球的大災變，而恐龍的突然、迅速的消滅也正好發生在那段時間。
從另一個方面把時間拉近一點來看，在阿波羅型小行星軌道上的行星際塵埃、火流星活動以及流星群都是十分豐富的。這些說明了在過去的幾千年內地球的上空是極其活躍的。大約在4~5千年前有一顆大彗星在穿過地球軌道時瓦解了，而我們今天所觀測到的隕星之類的天體只不過是過去年代那些更大彗星碎片的遺蹟而已。
科學發展將是無止境的。 無須在今天為幾千年後可能遭到的來自天外的襲擊、或者幾千萬年後可能發生超大規模彗星隕落事件而去杞人憂天。毫無疑問，從自然界中誕生髮展起來的人類，終將會在世代交替的無窮過程中找到征服自然的途徑。而在這一過程中地球發展史的彗星災變說也會最終得到檢驗。
