本文含有微量劇透，很微量，沒看過電影的同學也可以放心食用

看完《獨行月球》之后，我問兒子：" 你覺得毀滅地球的小行星得有多大？1 千米？10 千米？還是 100 千米？"

" 那肯定得 100 千米。"

哎，看來又問了個兒子認為比較 " 蠢 " 的問題，100 千米當然會毀滅地球，其實我想和他探討的是，在剛剛看的電影里，小行星 π 應該有多大，才能讓獨孤月以為地球被毀滅？

我們首先從現(xiàn)實中的 " 天外來客 " 說起。

《獨行月球》小行星 π 毀滅地球，獨孤月成為 " 宇宙最后的人類 "

造訪地球的 " 不速之客 "

地球周圍的宇宙并非空無一物，而是隱藏著重重危機，地球每天都在 " 被轟擊 "。在任何一年，進入地球的來自太空的粒子數(shù)量都可以用 " 百億億 "（1 quintillion 是 1018）顆來衡量 [ 1, 2 ] ，這意味著在任何一年，地球大氣上界每平方米至少會有 2000 顆粒子進入。不過這其中絕大多數(shù)是直徑小于 1 毫米的粒子，這種大小的粒子甚至不會成為流星，在天空連可發(fā)光的軌跡都沒有，消失于地球大氣中，對地球不會有任何影響。

進入地球大氣層的不同大小的天體的數(shù)量，圖片來自 Earle [ 1 ]

在這每年百億億級數(shù)量的粒子中，只有一部分能在地球上空留下光跡，被我們稱作 " 流星 "，數(shù)量大概是每年數(shù)十億顆。其中最耀眼的是火流星，劃過天空的時候，其亮度會超過金星，數(shù)量大概是每年數(shù)萬顆。

考慮到一部分天體在空中解體，絕大多數(shù)在大氣中燃燒殆盡，但仍有約 1.7 萬枚墜落地球 [ 3 ] ，被我們稱作 " 隕石 "，總重量超過 1.6 萬千克。但要在地面轟擊形成隕石坑，這樣的天體直徑起碼得超過 1 米，并且還得掉到陸地表面，考慮到大部分隕石落入海洋（地球表面 71% 被海洋覆蓋），還有不少掉入人煙稀少的沙漠、兩極冰蓋荒漠，能在人類活動區(qū)域見到隕石，概率還是比較小。

概率小，并不意味著沒有

當?shù)貢r間 2013 年 2 月 15 日上午 9 點，俄羅斯車里雅賓斯克上空突然出現(xiàn)一道亮光，比太陽還明亮，一顆直徑約為 20 米的天體形成巨大的火球，并在距離地面約 20 千米處爆炸，產(chǎn)生大量碎片，從天而墜 " 隕石雨 "。這起事件導致 1200 多人受傷，超過 100 人入院治療，建筑物損毀的損失超過 3000 萬美元。

車里雅賓斯克隕石墜落視頻

圖片來源：Взрыв метеорита над Челябинском 15 02 2013 avi-iCawTYPtehk.ogv

時間再往前推一點，1908 年 6 月 30 日早上 7 時 15 分左右，在俄羅斯西伯利亞偏遠的通古斯卡地區(qū)上空，一顆流星突然而至，并發(fā)生爆炸，這是一顆直徑約為 65 米的天體，導致超過 2000 平方千米內的樹木被夷為平地，如果這起事件發(fā)生在人口稠密的地區(qū)，傷亡人數(shù)可能會達到數(shù)百萬人。這次通古斯大爆炸轟動全球，留下很多未解之謎，6 月 30 日也被確定為國際小行星日，用來提高公眾對小行星撞擊危險的認識。

在通古斯大爆炸中被摧毀的樹木。

圖片來源：Soviet Academy of Science

扛得住撞擊，氣候異常卻難熬

更大的小行星撞擊地球的可能性是存在的，看看月球上遍布的環(huán)形山就知道了，在月球上直徑大于 1 千米的環(huán)形山總數(shù)就達到 3 萬多個，貝利環(huán)形山直徑達 295 千米，克拉維環(huán)形山直徑達 230 千米，以我國科學家命名的石申環(huán)形山直徑 46.6 千米，郭守敬環(huán)形山直徑 33.5 千米，祖沖之環(huán)形山直徑 28.3 千米，這樣的撞擊如果出現(xiàn)在地球上，必然會引起巨大的災難。

根據(jù)目前的預計 [ 2 ] ，每年大概有一顆直徑為 5 米的天體進入地球大氣層，每 10 年有一顆直徑 10 米的天體，每 100 年有一顆直徑 20 米的天體，每 1000 年有一顆直徑 50 米的天體進入地球大氣層。

直徑超過 10 千米的天體，帶來的損失是人類社會無法承受的，這在地球歷史曾經(jīng)出現(xiàn)過不止一次。6600 萬年前，一顆直徑約為 12 千米的小行星撞擊地球，撞擊時速度達到每小時 10 萬千米（約 82 馬赫，28 千米 / 秒），撞擊地點在墨西哥尤卡坦半島的希克蘇魯伯附近，因此這次撞擊也被稱作希克蘇魯伯撞擊事件，這次撞擊終結了恐龍時代。

這次撞擊給氣候帶來了怎樣的變化？簡而言之就是：黑暗世界→又干又冷→硫酸雨→更炎熱的世界。

藝術家對希克蘇魯伯撞擊事件的想象圖

圖片來源：NASA

撞擊點是一片淺海區(qū)域，隕石在幾分之一秒內爆炸穿透海底沉積巖層，在花崗巖地球中炸出一個直徑約有 180 千米、深度約 20 千米深的大坑。大坑內的所有物質立即熔化或蒸發(fā)，炸出的固體碎片被噴射出大氣層。

這些碎片被炸出隕石坑和大氣層，但在幾小時后又掉落下來。據(jù)估計，那場強烈的 " 流星 " 風暴的亮度大約是太陽最亮時的數(shù)倍，噴射范圍至少達到 6000 千米。這一范圍的大多數(shù)生物體在數(shù)小時內因熱輻射而死亡，接著是漫天掉落的燃燒著的碎片，所有的森林和草原被點燃，大多數(shù)暴露在外的生物會被燒焦。

然而，這只是開始，隕石坑內和周圍海底平面的突然變化引發(fā)了一場巨大的海嘯，海嘯席卷墨西哥灣，并進入大西洋和太平洋（因為那時沒有巴拿馬地峽）。在墨西哥灣內，海浪可能高達 1500 米，被燒毀的森林被高達千米的海浪徹底沖毀，海嘯抵達太平洋和大西洋時可能超過 15 米，沖毀沿岸的低洼地段。

大規(guī)模燃燒會產(chǎn)生大量的煙霧，在世界各地的白堊紀 - 古近紀 ( K-Pg ) 邊界層沉積物中均發(fā)現(xiàn)了來自該煙霧的煙灰層，目前估計可能產(chǎn)生了150 億噸的煙塵。漫天的煙灰徹底遮掩了天空，即使白天也伸手不見五指，在接下來的數(shù)年里，地球表面的平均日照可能不到正常日照的 1%，而在低緯度地區(qū)可能更少。當時，如果從太空向下看，再也看不到地球的海洋與陸地，只有遍及全球的煙塵。

根據(jù)對古氣候的數(shù)值模擬，在這樣無盡的黑夜里，地球的平均溫度下降到 0 ℃以下，或比正常水平低 10 ℃至 15 ℃，只有在熱帶和溫帶海洋上，溫度尚可保持在零度以上，極地和高緯度地區(qū)迅速進入冰凍狀態(tài)，大陸表面積累起厚厚的冰蓋，海洋也開始凍結起來。全球又干又冷，降水量下降到正常水平的 20% 左右，大多數(shù)地方的氣候和沙漠地區(qū)差不多。

根據(jù)美國國家大氣研究中心（NCAR）大氣化學觀測與模擬實驗室的研究員查爾斯 · 巴丁（Charles Bardeen）等的模擬分析 [ 4 ] ，大約 2 年后黑暗會開始消退，陽光慢慢重返，但是平流層大氣中的硫酸鹽氣溶膠依然大量存在，天空依然比較昏暗，寒冷和干燥的環(huán)境條件可能會持續(xù) 6~8 年的時間。但是考慮到兩極的冰雪消融還需要更多時間，寒冷和干燥的時間可能會更長。

假設有 15Gt 煙塵被噴射到大氣中，模擬 K-Pg 影響后 15 年內的全球溫度 ( 黑色實線 ) 和降水（灰色虛線）變化。

圖片來自 Bardeen [ 4 ]

很明顯，大撞擊過后，生物的生存異常困難，即使對最適應的物種來說也是如此。當它們在炫目的熱浪、肆虐的野火中幸存下來，從洞穴、裂縫和沼澤中鉆出來時，會發(fā)現(xiàn)世界永遠處于黑暗之中。沒有植物生長，寒冷刺骨，淡水也接近干涸。

煉獄還沒有結束，在大撞擊過程中，地球硫酸鈣類巖石在高溫中瞬間蒸發(fā)，形成了約 6500 億噸二氧化硫，這大約是 1991 年皮納圖博火山噴發(fā)量的 40000 倍。這些二氧化硫會很快在大氣中轉化為硫酸液滴 ( H2SO4 ) ，只要它們在大氣中滯留 ( 可能幾年 ) ，就會使降溫更加強烈。隨著雨水的慢慢回歸，這些硫酸隨著雨水降回地面，酸雨普降大地，對于江河湖泊和海洋里茍活的魚類而言，這是致命的毒雨。

皮納圖博火山噴發(fā)是 20 世紀第二大火山噴發(fā)，導致當年北半球平均氣溫下降 0.5 ℃左右，全球平均氣溫下降 0.4 ℃左右。

圖片來源：USGS

隨著硫酸的不斷降落，酸雨越來越少，天空也清朗起來，天氣溫暖起來，四處都是冰雪融化的聲音，幸存的生物發(fā)現(xiàn)了更多的異樣，世界似乎比原來更加炎熱。在大撞擊過程中的全球規(guī)模野火燃燒，釋放了大量的 CO2；撞擊還導致石灰石在高溫中分解，也排放出大量的 CO2，這使得大撞擊之后的全球溫室氣體量遠超于大撞擊之前，在更強的效應之下，全球溫度比之前高 5°C 左右，并且持續(xù)了約 10 萬年之久 [ 5 ] 。

總結起來，在 6600 萬年前，一個直徑為 12 千米的天體與地球撞擊，引起的災難包括以下幾重：

點擊以下空白顯示 ↓

這次 " 天地大撞擊 " 事件被稱作白堊紀 - 古近紀滅絕事件 ( 簡稱 K-Pg 事件），大約 75% 的物種因 K-Pg 事件而滅絕 [ 6 ] ，滅絕的物種涵蓋：

點擊以下空白顯示 ↓

這樣的大滅絕事件如果發(fā)生在當代，怕是我們無法承受的。

在《獨行月球》里，" 月盾計劃 " 失敗，地球遭遇到了小行星 π 的撞擊，我沒有看清這顆小行星的具體參數(shù)，但是從其造成的遍及全球的燃燒來看，尺寸估計比希克蘇魯伯撞擊的天體要大。如果其尺寸達到了近 100 千米，很難想象這場天地大劫難的恐怖后果。考慮到故事的順利進行，還是估計 10~15 千米為宜。在這樣的撞擊之下，地球的演變將進入另一條軌道，在主角們及子孫的有生之年，都不會回歸正常。

" 天地大撞擊 " 風險猶存

地球上由于地質活動比較活躍，加之異常強的各種侵蝕過程，古老的撞擊坑已經(jīng)難尋蹤跡，但是依然留下了一些巨大的撞擊坑，時刻提醒我們 " 天地大撞擊 " 的風險。

表 1. 地球上最大的 9 個撞擊坑，按時間順序排列

我們還不知道下一個撞擊地球的 " 大家伙 " 什么時候出現(xiàn)，但是從月球的撞擊情況來看，似乎在地球和月球的早期階段，撞擊比較多，目前數(shù)量已經(jīng)大幅度減少。月球在早期撞擊事件（從大約 45 到 40 億年前）和晚期大撞擊事件（峰值出現(xiàn)在 39 年前，到 30 億年前結束）中遭遇了大量的天體撞擊，在此期間，地球上的大規(guī)模撞擊事件肯定存在過，只是目前還缺乏直接的證據(jù)，來表明那時候地球上出現(xiàn)過什么樣的驚天變化

在寒武紀之前（約 5.4 億年前），天體撞擊對地球氣候和生物的影響可能比較小，主要因為那時陸地上幾乎沒有生命，所以不存在發(fā)生野火的可能性。即使發(fā)生了顯著的變暖或變冷，也不太可能對海洋微生物產(chǎn)生較大的影響，因為海洋溫度的變化往往比陸地溫度的變化小得多。除了 K-Pg 滅絕事件和地外原因密切有關以外，對于地球歷史上的其他四次大滅絕事件，目前還沒有令人信服的證據(jù)，來說明這些滅絕事件是否和地外天體的撞擊有關。

大小從幾米到數(shù)百米不等的天體不會改變地球氣候，但較大的顯然可以，直徑 1 千米的天體大約每十萬年會出現(xiàn)一次，這樣規(guī)模的撞擊雖然不會導致大滅絕事件，但其影響肯定需要較長時間來消化。

主帶小行星（紅）和近地小行星（藍）（圖片來源：NASA）

根據(jù) NASA JPL 的估計，大概有 1000 個近地天體直徑大于 1 千米，約 15000 個大于 140 米。截至 2022 年 7 月 24 日，已發(fā)現(xiàn) 850 個大于 1 千米的近地天體和 10121 個大于 140 米的近地天體 [ 7 ] 。其中，只有 2 個近地天體有很大的可能會接近地球，它們真正撞擊地球的概率約為萬分之一，并且預計還需要一個多世紀的時間。這個風險非常小，但很可能還有數(shù)百個其他近地天體尚未被發(fā)現(xiàn)。

至少在我們有生之年，" 地外來客 " 產(chǎn)生重大影響的風險似乎很小。但是，對地球上的我們來說，被直徑幾千米以上的東西擊中的后果是極端嚴重的，所以，密切監(jiān)視天空并弄清楚其中的氣候過程絕對是個明智的做法。

最后附送一個觀影思考題

如果地球真的躲不開小行星 π，但我們可以改變撞擊地點，那么，撞擊點選在哪兒對地球造成的損失最小？