不同大小的小行星撞击地球会怎样
从太空坠落的东西几乎都到不了地面。决定结局的是大小和材质,而石块越大,等下一块来的时间就越长。
撞击事件像一架梯子。最底层,一块汽车大小的石头大约每年照亮一次天空,地面上没人注意。最顶层,一个十公里宽的天体终结一个地质时代。中间是那些发生在人类时间尺度上的事:一座城市的窗户被震碎,一片森林被压平,一个可以绕着走一圈的陨石坑。每往上一级都比下一级罕见得多,而天体的材质几乎和大小同样重要。
HazardSim是一个小行星模拟器:选定直径,选择石质、铁质或冰质,然后把它扔到真实地图上的任何地方。下面的链接会按合适的大小和地点打开它。
流星、陨石、小行星:三个词,一块石头
小行星是环绕太阳运行的岩石或金属天体。直径约一米以下的,国际天文学联合会称为流星体;这条界线是约定,不是物理。流星不是一个物体,而是天体冲过大气层时划出的那道光;特别亮的叫火球或火流星。陨石是最终幸存并落地的部分。彗星是它们冰质的表亲,比石头更容易散架。所以,亚利桑那陨石坑是小行星砸出来的,车里雅宾斯克的火球是流星,后来从雪地里捡出来的石块是陨石。
25米以下:一团火球和一地碎玻璃
据NASA所说,直径小于约25米的太空岩石多半会在大气层中解体,造成的破坏很小或没有。汽车大小的大约每年来一块。现在有少数几块在撞击前就被发现:第一块是2008 TC3,一块约4米的岩石,2008年在苏丹上空爆炸前一天被发现。第十一块是2024 XA1,直径约70厘米,于2024年12月3日在发现十小时后照亮了雅库特上空。
这一级的顶端是车里雅宾斯克。2013年2月15日当地时间09:20,一颗直径约19到20米、重约13,000吨的石质小行星以19公里/秒的速度沿一条浅斜轨迹进入南乌拉尔上空的大气层。没有人看到它飞来:它是从太阳方向过来的。它解体并在约30公里高处达到最亮,释放的能量约相当于440到500千吨TNT;各家发表的估计值最多相差一倍。
石头本身没有砸到任何人,造成破坏的是冲击波。仅车里雅宾斯克一市就有约3,600栋住宅楼的窗户被震碎,占全市的约44%。一座锌厂的屋顶坍塌。约1,600人受伤,几乎全是被飞溅的玻璃划伤。野外调查共找到4到6吨陨石,包括一块从切巴尔库尔湖底打捞上来的半吨多重的大块。没有陨石坑,也从来不可能有。
40至80米的石质天体:1908年通古斯
1908年6月30日早上7点15分左右,有东西在西伯利亚中部石泉通古斯卡河附近的泰加林上空爆炸。爆炸把约2,150平方公里的森林压成蝴蝶形的一片,估计有8,000万棵树倒下。中心附近的树还立着,但枝条被剥光,因为冲击来自正上方。那片地区极其偏远,几乎没有人员伤亡,由列昂尼德·库利克带队的第一支科学考察队直到1927年才抵达现场。他原以为会找到一块巨大的铁陨石,结果连陨石坑都没有。
一个世纪的研究缩小了不确定性,却没有把它消除。那个天体最可能是一颗40到80米的石质小行星,在约5到15公里的高度引爆。能量估计从3到5百万吨(桑迪亚超级计算机模型)到10到30百万吨(NASA资助的2019年研究)不等;美国国家科学院给出的是3到20。无论如何,它都是有记录以来最大的撞击事件。
爆炸中心几乎与圣彼得堡处于同一纬度,于是流传着一种说法:晚几个小时,爆炸就会落在帝国首都上空。那是一个思想实验,不是计算。真正的要点更简单:一场发生在任何大都市上空的通古斯事件都会是一场地区性灾难,而且连个陨石坑都留不下。
40至50米的铁质天体:亚利桑那陨石坑
约50,000年前,一颗铁镍小行星撞上弗拉格斯塔夫以东的高原。它留下了地球上保存最完好的撞击坑:一个直径约1.2公里、深180米的碗,坑缘高出平原30到60米。一个被广泛引用的2005年模型认为撞击体约40米、重300,000吨,在空中部分解体,以约12公里/秒的速度撞地;其他模型给出的直径最大约50米。近年的能量估计在约1到10百万吨之间。它的碎片被称为代亚布罗峡谷陨石。
为什么一块40米的铁能砸出一公里宽的洞,而通古斯上空差不多大的石头却一个坑也没留下?铁的密度是石头的两倍多,强度也高得多。代亚布罗峡谷撞击体的直径大约是车里雅宾斯克那块的两倍,质量却约为其28倍。它几乎完整地穿透了大气层,而石头会被压碎然后爆炸。所以地球上的小型陨石坑大多是铁质天体砸出来的;就连1947年在俄罗斯远东发生的锡霍特-阿林铁陨石雨,虽然在空中就解了体,也砸出了最宽约27米的坑。
约150米:“城市杀手”是什么意思
“城市杀手”是一个非正式标签,不是科学分类:指那些大到足以抹掉一个都市圈、却远不足以威胁文明的小行星,大致从通古斯级别到两三百米。140米左右是NASA划定巡天目标的界线。这么大的天体撞击时释放超过60百万吨的能量,超过有史以来试爆的最大核弹,而且不管什么材质都会到达地面。这类撞击平均约每20,000年一次。
在模拟器里,一块150米的石质天体砸出约3公里宽的坑,摧毁约12公里内的一切,震碎几十公里外的窗户:一座城市没了,地球上其他地方只是在读相关新闻。落在海里还会加上一场海啸;参见最致命的海啸。
这个词因2024 YR4而走进大众视野。智利的ATLAS巡天在2024年12月27日发现了它,詹姆斯·韦布太空望远镜后来测得它约60米,相当于一栋15层楼的高度。随着天文学家不断补充观测,它在2032年12月22日撞击地球的概率一路攀升,2025年2月18日达到略高于3%的峰值。这是有记录以来这个尺寸的天体中最高的数字,在都灵指数上评为3级。一周之内,概率就跌到了0.004%。
这种先升后降是正常的:只要地球还处在不断收缩的可能轨道云之内,概率就会增长,直到那团云滑开。此后YR4还保留着4.3%撞击月球的概率,直到2026年2月韦布的观测也排除了这一点。它将从距月球表面约21,000公里处掠过。
340米:阿波菲斯与2029年4月13日
阿波菲斯于2004年6月19日在亚利桑那基特峰被发现。当年12月,它在2029年撞击地球的概率一度达到2.7%,成为有史以来唯一在都灵指数上评为4级的天体。更精确的轨道先后排除了2029年和2036年,2021年雷达观测消除了最后一个担忧,即2068年:NASA认为阿波菲斯在至少一百年内没有风险。
按NASA估计它直径约340米(ESA给出约375米),形状细长,可能像花生一样分成两瓣。2029年4月13日傍晚(UTC),它将从距地表约32,000公里处掠过,比地球静止轨道卫星环还要近。在欧洲、非洲和亚洲部分地区可以用肉眼看到它。这么大的小行星靠得这么近,每几千年才有一次。
届时将有两艘探测器等着它。ESA与日本JAXA合作的“拉美西斯”号于2025年11月获批,2028年4月发射,2029年2月抵达,观察地球引力如何重塑这颗小行星。NASA的OSIRIS-APEX,也就是原来的OSIRIS-REx,将在飞掠后不久到达,展开为期18个月的勘测。如果阿波菲斯真的处在撞击轨道上,按NASA的标准假设,它会释放约1,600百万吨的能量:一场国家规模的地区性灾难,但不是大灭绝。
1公里及以上:破坏不再是局部的
NASA的经验法则是,任何大于一到两公里的天体都可能产生全球性影响。在估计约930颗1公里及以上的近地小行星中,超过90%已经被发现,没有一颗处在撞击轨道上。这类撞击平均约每五十万年一次。模拟器的上限定在3,000米是有原因的:超过一公里以后,局部的冲击半径就不再是重点了。
10公里:希克苏鲁伯,杀死恐龙的小行星
它有多大?通常估计直径约10公里,有些模型给出12公里或更大。2024年对沉降层中钌同位素的分析表明,它是一颗碳质小行星,属于深色、富碳的类型。6,600万年前,它以约60°的陡角从东北方向撞来。能量估计的不确定性约有一个数量级,但一般认为在1亿百万吨左右。
它落在哪里?墨西哥尤卡坦半岛的北缘,当时那里是一片浅海陆架。陨石坑直径约180到200公里,中心靠近沿海小镇希克苏鲁伯港,大约一半在墨西哥湾之下。它埋在数百米厚的较年轻岩层下面,所以肉眼看不到。1991年它被确认为撞击地点,2016年一次钻探考察从海床之下取出了它峰环的岩芯。
到了这个规模,陨石坑反而是最不要紧的。熔融的溅射物像雨一样落回全球各地,接着是野火和海啸,尘埃、烟灰和硫让天空暗了好几年。约四分之三的物种消失,包括所有不是鸟类的恐龙。这么大的撞击平均约每1亿年一次。
各种大小的天体多久撞一次地球
下面的数字是NASA天体数量模型和美国国家科学院给出的长期平均值,不是时间表。车里雅宾斯克和通古斯相隔105年,这对下一次什么时候来说明不了任何问题。
能量与直径的立方成正比:大小翻倍,能量就是八倍。车里雅宾斯克约等于30颗广岛原子弹;希克苏鲁伯等于数百万颗有史以来造出的最大核弹。
| 大小 | 会发生什么 | 实例 | 多久一次 |
|---|---|---|---|
| ~4米 | 明亮的火球,散落的陨石 | 2008 TC3,苏丹 | ~每年 |
| ~20米石质 | 高空空爆;整个地区的窗户被震碎 | 车里雅宾斯克,2013年 | 50–100年 |
| 40–80米石质 | 低空空爆;约2,000平方公里森林被夷平,无坑 | 通古斯,1908年 | 1,000年以上 |
| 40–50米铁质 | 到达地面;约1公里宽的陨石坑 | 亚利桑那陨石坑,约50,000年前 | 更罕见:铁质天体很少 |
| ~140米 | 撞击地面;一座城市及其周边被毁 | 有记录的历史上没有 | ~20,000年 |
| ~1公里 | 大陆规模的破坏,全球气候影响 | 有记录的历史上没有 | ~500,000年 |
| ~10公里 | 大灭绝 | 希克苏鲁伯,6,600万年前 | ~1亿年 |
会有小行星撞上地球吗?
已知的小行星都不会,本世纪都不会。NASA设在JPL的“哨兵”系统持续核查每一颗已知近地天体在未来100年内的撞击可能,ESA的近地天体协调中心则独立维护另一份清单。2026年9月,“哨兵”列出约2,200个撞击概率非零的天体,没有一个在都灵指数上高于0:几乎全是轨道尚不精确的小石块,随着观测增加会陆续被排除。
都灵指数从0(无危险)到10(必然碰撞,后果波及全球)。1级意味着例行关注,2到4级意味着天文学家应当留意。从来没有任何天体超过4级。在已知的大型小行星中,受关注最密切的是贝努,那块NASA采过样的490米岩石:它在2178到2290年间撞击地球的概率约为1,750分之一。
老实说,真正的隐患是还没被发现的那些小行星。已知的近地小行星超过42,000颗,但在估计约25,000颗大于140米的小行星中,被发现的还不到一半。大多数车里雅宾斯克大小的石块只会在到达时才被看见,甚至根本看不见。NASA的NEO Surveyor红外望远镜计划最早于2027年9月发射,连同智利的薇拉·鲁宾天文台,都是为了填补这个缺口。
如果真的发现了什么,现在已经有证据表明我们能把它推开。2022年9月26日,NASA的DART探测器撞向迪莫弗斯,一颗直径约160到170米、环绕小行星迪迪莫斯运行的小卫星。它约12小时的轨道周期缩短了33分钟,比探测器自身动量所能解释的多出好几倍,因为抛出的碎石也贡献了推力。2026年的一项分析发现,这对小行星绕太阳的路径也发生了轻微变化。ESA的“赫拉”探测器将于2026年底抵达,检查撞击结果。不过,这样的轻推需要提前多年预警,所以找到小行星是第一位的。
想看看其他访客都往哪里扔石头,请查看过去30天人们模拟了什么。
常见问题
会有小行星撞上地球吗?
未来100年内,没有任何已知小行星处在撞击地球的轨道上。NASA的“哨兵”系统和ESA的协调中心追踪每一颗已知近地天体,目前没有一颗在都灵危险指数上高于零。未被发现的小石块仍会到来,车里雅宾斯克大小的平均每50到100年一次。
什么是城市杀手小行星?
一个非正式名称,指大到足以摧毁一座城市却不足以造成全球影响的小行星,直径大致从50米到两三百米。一个140米的天体撞击时会释放超过60百万吨的能量;这种事约每20,000年发生一次。这个词因2024 YR4而流行起来,那是一颗60米的小行星,2025年它在2032年撞击地球的概率一度超过3%,随后被排除。
阿波菲斯会在2029年撞上地球吗?
不会。2029年4月13日,340米的小行星阿波菲斯将从距地表约32,000公里处掠过,比地球静止轨道卫星还近,在欧洲、非洲和亚洲部分地区肉眼可见。2021年的雷达观测排除了至少未来一百年内的任何撞击。
杀死恐龙的小行星有多大,落在哪里?
直径约10公里,可能略大一些。它在6,600万年前撞上墨西哥尤卡坦半岛北缘,靠近今天的希克苏鲁伯港,留下一个直径约180到200公里的埋藏陨石坑,一半在墨西哥湾之下。
亚利桑那陨石坑有多大?
亚利桑那陨石坑,又称巴林杰陨石坑,直径约1.2公里,深180米,坑缘高出周围平原30到60米。它形成于约50,000年前,由一颗直径约40到50米的铁镍小行星撞地而成。同样大小的石质天体会在空中爆炸,砸不出坑。
流星、陨石和小行星有什么区别?
小行星是环绕太阳运行的岩石或金属天体;小于约一米的碎块称为流星体。流星是这类天体穿过大气层燃烧时划出的那道光。陨石是幸存下来并落到地面的碎片。
资料来源
- 美国国家科学院:Origins, Worlds, and Life(2022),第18章:行星防御
- NASA:近地天体科学定义小组报告(2017)
- NASA:小行星速览
- IAU F1委员会:流星天文学术语定义(2017)
- ESA近地天体协调中心:2024 XA1
- Popova et al.,Science(2013):车里雅宾斯克空爆、破坏评估与陨石回收
- NASA:车里雅宾斯克流星五年之后
- NASA:115年前:通古斯小行星撞击事件
- NASA:重访通古斯(2019)
- 桑迪亚国家实验室:对通古斯灾难的新解释(2007)
- 月球与行星研究所:Kring,巴林杰陨石坑地质指南
- Melosh & Collins,Nature(2005):亚利桑那陨石坑由低速撞击形成
- NASA:小行星2024 YR4
- NASA:2024 YR4对地球不构成显著威胁(2025年2月)
- NASA:新观测排除2032年撞月可能(2026年3月)
- NASA:阿波菲斯要点
- NASA JPL:地球在100多年内不受小行星阿波菲斯威胁(2021)
- ESA:拉美西斯:ESA的阿波菲斯小行星任务
- Fischer-Gödde et al.,Science(2024):钌同位素表明希克苏鲁伯撞击体是碳质小行星
- Collins et al.,Nature Communications(2020):希克苏鲁伯撞击的陡倾轨迹
- IODP:第364航次摘要:钻探希克苏鲁伯峰环
- Schulte et al.,Science(2010):希克苏鲁伯小行星撞击与白垩纪-古近纪界线的大灭绝
- NASA JPL CNEOS:哨兵:地球撞击监测
- NASA JPL CNEOS:都灵撞击危险指数
- NASA:NEO Surveyor
- Thomas et al.,Nature(2023):DART动能撞击导致的迪莫弗斯轨道周期变化
- NASA JPL:DART改变了小行星迪迪莫斯绕太阳的轨道(2026)