今年7月,一颗名为苏梅克-列维9号(SL9)的彗星将要撞击木星,这是人类有史以来第一次有准确预报的太阳系天体重大碰撞事件。鉴于这一事件的罕见性和重要性,已引起国内外天文界的广泛注意。

一、发现这过程和基本状况

1993年3月25日美国天文学家苏梅克夫妇和列维三人,在美国帕洛玛山天文台用口径0.46 M的望远镜第一次发现了这颗彗星。不久,另一位美国学者斯谷梯在基特峰天文台上用0.91 M望远镜的观测证实了这一发现,当时,彗星己分裂成一串联珠状的碎片。根据发现者的名字,彗星命名为SL9,并按当年彗星发现的次序编号为1993 e。研究表明,SL9是在1992年7月飞近木星时在木星的巨大引力作用下碎裂的,至少有21块碎片核,其中较大的11块直径在1-3 km间不等。估计分裂前母彗核的直径可能为9 km,总质量约为20亿吨。

根据近期的观测预报,SL9的碎片核将于7月17日至22日间从近侧面的方向以每秒约60 km的速度连续撞击木星,总撞击能量估计达10万亿吨TNT炸药的当量,或者说明当于5亿颗广岛原子弹爆炸时所释放的能量。撞击过程中,彗星碎片核在穿过木星磁层及电离层时会产生十米波及米波射电辐射。穿过平流层时会形成巨大的火球和大蘑菇云,火球温度可高达几千度,持续时间约1分钟,主要部分辐射在红外及射电波段。同时,使木星的大卫星木卫一的光度明显增亮。撞击事件将会使木星从四面八方抛出物质,高度可达数千公里。事件发生后的几个月内木星表面可能形成云雾层和类似于大红斑的旋涡结构。有人甚至猜测经过10年后一部分未能返回木星表面的抛出物将会形成新的木星环。

二、国际上的观测活动

1994年1月中旬,在美国马里兰大学举行了一次会议,讨论对这次事件的全球性合作观测计划。出席会议的有来自世界各地的200多位科学家,欧洲和美国的12个天文台参加了撞击事件的联合观测计划(称为“彗星碰撞联测网实验计划”)。

美国的哈勃空间望远镜,以及早期发射的伽里略探测器和尤里西斯(Ulysses)探测器,将从地外空间对SL9撞击木星事件进行更为有效的观测,其中伽里略飞船可以直接观测到撞击地点,因而能取得有关撞击及爆炸过程的最好资料。

三、国内的观测组织工作

今年春节之后,北京天文台,上海天文台、紫金山天文台和云南天文台的天文学家聚集北京,讨论对SL9彗星撞击木星事件的联合观测工作,4月18日-20日,在中国科学院和国家自然科学基金委员会的支持下,中国科学院各天文台和有关大学的科学家们再度在南京召开会议。会议讨论了拟进行观测的项目近10项,会后成立了监测计划协调组,并开始不定期发布监测信息。会议确定天文台负责协调全国的光学观测工作,上海天文台负责协调射电观测工作。目前,我国各天文台站的主要仪器都已开始投入观测。6月上旬至8月中旬为主要观测时间,其中7月份为加强观测时间段。

中国科学院上海天文台除负责协调全国的射电观测工作并积极参与光学观测外,还会同上海市天文学会积极组织本市天文爱好者开展有关的科普活动,并拟在7月中旬于上海天文台佘山工作站举行一次颇具规模的天文科普里令营。

上海天文台于5月8日晚10时左右起,利用1.56米反射望远镜和CCD探测器,拍摄到呈联珠状分布的14块碎片核的6幅图像。6月份又两次观测到了SL9的碎片核。目前SL9正不断地向木星靠拢,彗星核的观测变得越来越困难。另一方面,随着7月中旬的临近,有关人员正在积极准备投入撞击期间的紧张观测工作。

四、观测工作的意义

据估计,认为类似的小天体撞击木星事件大约每数千年发生一次,可见这次SL9撞击木星乃是千载难逢的机会。根据有关方面的最新预测,SL9彗星碎片核将于7月17日凌晨4时20分至7月22日15时40分依次和木星发生碰撞。对于任何一个地面天文台来说,多次撞击发生在白天,无法进行光学观测,再加上光学观测受天气条件的限制,因此除了空间飞船的观测外,必须组织全世界不同地方尽可能多的天文台,以至业余爱好者在各种不同波段进行国际联测,才能保证尽可能多地观测到全部撞击过程可能出现的各种现象,从而取得对这次罕见事件最详尽的观测资料。这次撞击事件的研究有着重大的学术意义。

1. 对彗星研究的意义

研究彗星在运动过程中的非引力效应、动力学演化、彗星在木星引力作用下如何分裂,轨道如何演变。这对于探讨太阳系天体的起源、物理性质的演化、寿命等十分重要。同时有助人们认识原彗星的结构、活动成因、物质损失和各种物理特性。

2. 对木星研究的意义

SL9彗星将穿过木星高层大气直至深层,其间发生的一系列的现象有助于研究木星不同层次(从磁层、电离层直平流层、对流层)的大气结构,确定其物理参数。探索木星大红斑、木星环,以至太阳系其他行星环的形成机制。

3. 小天体撞击物理学研究

小天体(彗星、小行星、流星体)撞击太阳系大行星及其卫星的物理过程研究对于了解和预防未来小天体可能撞击地球事件的发生具有重大意义。以往的研究只依靠对月球表面或其他行星及一些卫星表面上撞击陨星坑的统计分析和若干理论研究,这次SL9撞击木星无疑是第一次向我们提供了开展实测性研究的良好机会。具体内容将涉及撞击能量在各种撞击现象上的释放比例及其后果的分析和研究,这些撞击现象包括木星大气的强烈扰动、木星地震、各种形式的抛出物片等等。

五、地球史上的天体撞击灾变现象

1908年6月30日,—颗直径100米、重量在百万吨以上的彗星碎片(或小行星)以每秒30公里的速度撞向俄罗斯西伯利亚通古斯地区,在离地面6公里处爆炸。通古斯事件使2000平方公里的森林刮倒,直径1500米的大烟柱上升到20公里高空,爆炸气浪绕地球转了两圈多,全世界都测到一次地震。估计释放的能量至少有几千万吨TNT炸药当量,相当广岛原子弹威力的1000倍以上。

目前的研究越来越强烈地证明,6500万年前白垩纪末恐龙及其他生物大规模灭绝很可能起因于一颗直径10 km的小行星或彗星撞击地球,其撞击能量为160万亿吨TNT当量。无论是撞上陆地还是击中海洋,都会引起全球性灾变效应,诸如剧烈而又炽热的飓风,高温物质抛射,极其严重的地震,臭氧层的彻底破坏,浪高几公里的大海啸,大幅度的板块移动,普遍性的火山爆发,地球磁场的剧烈改变等等,撞击事件发生之后,地球的物理环境和生态环境会极大地遭受到破坏,以至带来全球性的生态灭绝。据近期研究,这一事件的撞击地点在墨西哥尤卡坦半岛北部海岸,那儿已发现海底有一个直径180公里的撞击陨星坑。

10公里直径的小天体撞击地球的几率大概是每6000万年发生一次。事实上对人类威胁最大的是直径在0.5-5公里之间,又可能靠近地球的小天体,这样的天体大约有1万颗,撞击能量大约是10亿吨TNT当量。1989年3月22日,小行星1939FC在60万公里远处掠过地球更引起了人们的警觉,全世界科学家已在实际上考虑这一严重问题。为此制定了大规模的搜索计划,以确定所有直径大于0.5公里的近地小天体的准确运动轨道。今天的空间技术已完全有能力按严密的计划把飞船极其准确地送到1亿公里以外的预定目标,在它附近爆炸一颗威力强大的氢弹。只要把原先要撞击地球的小天体,哪怕只要稍稍改变一下运动轨道,所谓失之毫厘,差之千里,地球和人类的所面临的巨大威胁也就可以解除了。可以说,威胁是存在的,解除威胁也是有一定办法的,这需要世界各国科学家的共同努力。

这次SL9彗星与木星相撞,不会给地球造成威胁,亦不会给人类带来任何灾难,因而无需产生任何恐惧。