□ 吴鑫基 刘 炎 汪晓平
黄山市的天文科普活动有着约三十年的历史,而且独具特色。1994年发生的“彗木相撞”重大特异天象突然将素有“桃花源里人家”之称的黟县西递村与中国科学院紫金山天文台联系在一起,黄山市领导特别重视这一合作,此后与紫台共同开展了规模较大的天文科普教育活动。2009年发生“长江大日食”是一次重大特异天象,黟县再次受到国家天文台和中国天文学会的关注,被选为日全食观测的重要站点之一,赢得了更多的声誉。北京大学天文系教授吴鑫基利用回屯溪探亲的机会,多次参与黟县和黄山市的天文科普活动,使黄山市的天文氛围屡添声色。2022年11月,黄山市在市政府的支持和安排下,开展的多项天文科普教育活动将近1个月,尤为精彩纷呈。1994年7月,有一个被称为苏梅克-列维9号彗星(简称SL9彗星)的奇特天体将要径直撞向木星,这将是人类从来没有观测到过的一种特异天象,立即引起了全世界天文学家们的热切关注。
太阳系的行星和小天体
众所周知,太阳系中除了八大行星和矮行星之外还有大量体积和质量都甚小的小行星和彗星等小天体。它们也都围绕着太阳运转,但主要集中在三个区域:一是火星和木星轨道之间的主小行星带,那里有数十万颗小行星;一是海王星轨道之外的“柯伊伯带”(距离太阳大约30-50天文单位),那里既有大量小行星,也有许多彗星;还有就是太阳系边缘的奥尔特云,那里更汇集着数以亿计的彗星,被喻为是“彗星的仓库”。
彗星和小行星是两种不同类型的小天体。小行星物质主要由不易挥发的石质颗粒物构成;而彗星则主要由水冰、干冰、氨、尘埃微粒等易挥发物质和一些石质颗粒构成的较为松散的混合物,常常被形象地称为是“脏雪球”。
彗星在一定的轨道上运行,当它从远处向太阳靠近时,由于受到太阳辐射的加热,这团“脏雪球”中的许多气体和尘埃物质会不断挥发出来,形成为带有彗头和彗尾的彗星。彗星越靠近太阳时,彗头就越大,彗尾也越长,其体积和形态也就不断地变化着,有时甚至还会分裂。
太阳系中的天体碰撞
太阳系内大多数的小天体们虽然都在一定轨道上循规蹈矩地运行着。然而有时也会受到其他较大天体引力的影响而改变轨道,窜访他处,甚至还会撞到那些较大的天体上去。我们在月面上看到的那些密密麻麻的环形山,就是几十亿年来受到小行星或彗星撞击后所留下的累累疤痕。在水星、金星、火星上,在冥王星、谷神星等矮行星上,在许多有着固体表面的行星和矮行星的卫星上,甚至大量的小行星上都可以看到各种各样的撞击坑,这就表明小天体的撞击在太阳系中是一种极为普遍的现象。
在几十亿年的演化历程中,我们地球也经受过无数次小天体的撞击,但是后来由于地球表面的大气圈、生物圈、岩石圈以及水圈等等的环境变化,绝大多数的撞击坑都已被“抚平”或覆盖得不明显了。
小天体的撞击,有时会造成巨大灾难。地球历史上最著名的撞击事件之一,就是“恐龙灭绝”事件。地质古生物学的研究发现,在白垩纪末期,已经统治地球约一亿五千万年之久的霸主恐龙突然消失得无影无踪。这个“恐龙灭绝”之谜引起了许多领域科学家的关注,他们提出了种种灭绝原因的假设。然而有趣的是,现今被认为是最合理的一种解释竟然是来自天文学的。大约6500万年前,一颗直径大约10公里的小行星撞到了地球,它的撞击能量相当于约100亿颗广岛原子弹的威力。剧烈撞击引发的大爆炸激起大量的尘埃冲入大气层,遮天蔽日,使地面温度下降,植物难以生长,对地球的生态系统造成了严重影响。从而需要大量食物来源的恐龙最后也由于饥饿而大批死亡,乃至灭绝。
这次小天体的撞击甚至改变了地球上生命演化的历程:一方面是彻底灭绝了恐龙,另一方面又为后来的哺乳动物、直至我们人类的登台清出了场地。
因此,当今的科学家们对于小天体的撞击一直还心有余悸,他们时时刻刻都在监视着近地小天体的行踪。而这次彗木相撞的天象正是一次考察小天体撞击的过程、威力及其后果的一个天赐良机。
太空奇象的预告
这颗SL9彗星起初在1992年时就已被发现,是一颗十分奇特的彗星。先前它是一颗绕日公转的短周期彗星,当它从柯伊伯带进入太阳系内部时,恰好靠近了木星,因而被木星强大引力俘获,成了一颗绕着木星公转的特异彗星。后来又被撕裂,到1994年上半年时已分裂为二十一块碎片,它们排成一列,像“太空列车”般地依次朝着木星奔驰而去。
据美国天文学家马斯登等人的预报:1994年7月17—22日期间,这些彗星碎片将陆续撞向木星,形成空前的宇宙奇观。
“彗木碰撞”的观测,对于行星物理研究有着重要的意义,因此国内外都组织了大规模的联合观测研究。
1994年4月,中国科学界也迅速成立了全国性联合观测的协调组织,确定了光学观测、射电观测和理论研究三大重点,共计有21项研究课题。