人类如果不想步恐龙的后尘，应该多看看星星_风闻

毛淑德

清华大学天体物理中心主任

杞国有人忧天地崩坠，身亡所寄，废寝食者。

又有忧彼之所忧者，因往晓之，曰：“天积气耳，亡处亡气。若屈伸呼吸，终日在天中行止，奈何忧崩坠乎？”

——《列子·天瑞》

我们中国人都听过“杞人忧天”这个成语，它说的是杞国有一个人担忧天地会崩裂，担忧到了废寝忘食的程度。

这显然是一个天文爱好者。

恰巧又有个人，对这位“天文爱好者”的忧虑也很担忧，所以“因往晓之”，去劝导他：

“天不过是聚集的空气，空气无处不在，我们生活在这个气里，一举一动、一呼一吸都在其中，何必去担心它会不会塌下来呢？”

天文爱好者没有马上被说服，反问道：“如果天真的是积气的话，那日月星宿它不应该掉下来吗？”

其人曰：“天果积气，日、月、星宿，不当坠邪？”

晓之者曰：“日、月、星宿，亦积气中之有光耀者，只使坠，亦不能有所中伤。”

……

其人舍然大喜，晓之者亦舍然大喜。

去开导他的人说：“问得好，日月星宿，只是这个积气当中会发光的东西，掉下来又怎么会中伤你呢？

这个人听了之后，你可以看到他们的反应，非常有意思——“其人舍然大喜，晓之者亦舍然大喜”，两个人都完全地放下心了，自在了。

这个故事非常有趣，但是，如果恐龙还健在的话，它对这个理论大概是不会认可的。事实上，小天体撞击事件，在太阳系的形成历史上是非常多的。

我们现在已经可以确认，恐龙灭绝于大约6600万年前。当时就是一颗小行星撞到了地球，落在了墨西哥湾，砸出了一个直径180公里，洞深几十公里的大坑，它引起的“核冬天”（nuclear winter）[注释1]直接导致地球上，包括恐龙在内大概75%的动植物灭亡。

陨石坑就是小天体撞击事件最直接的证明。比如月球的正反面上就有很多陨石坑，这个图是嫦娥三号探测器的“玉兔” 月球车降落的地方，叫Von Kármán Crater，冯卡门陨石坑。

地球上陨石坑的分布有一个非常有意思的特征，美国的陨石坑非常多，中国却非常少，直到2007年左右，我们才发现中国境内的第一个陨石坑。

为什么中国的陨石坑这么少呢？有一部分原因，可能是中国大陆的板块运动非常复杂，一些陨石坑在地质运动中被磨灭了，但也可能是我们的科学家，包括我自己，对陨石坑的探索还不够尽力。

人类要是不想重复恐龙的命运，我们必须对天上的小天体的数目，还有它们的运行轨道进行非常精密的巡天测量，因此科学家们也要更努力。

美国NASA，还有他们的海军，在这方面都有许多投入，比如卡特林那巡天系统（Catalina Sky Survey）[注释2]，泛星计划（Pan-STARRS）[注释3]等等。

这个动画是NASA的近地天体广角红外巡天探测器（NEOWISE）至今发现的近地小天体。最靠里的那个圈是水星轨道，水星之外那个紫色的圈是金星，蓝色是地球，黄色是火星，最外面那个圈是木星。其中大多数小天体都聚集在火星和木星的轨道之间。

最近20年内被发现的近地小天体数目非常多。直径1公里以上的近地小天体，大概是1000颗；黄线是直径超过140米的小天体数目，大概是8000多颗；蓝线是所有近地小天体的数目，接近2万颗。我们地球就像在小天体的海洋里游泳一样，所以说，碰到小天体撞击地球的情况是很正常的。

直径10公里的小天体撞击地球，是恐龙灭绝级别的事件，如果直径超过100公里的话，整个人类都会被毁灭。令人欣慰的是，直径超过1公里的小天体数目，在这20年内基本上没有什么变化，也就是说，这么大的天体，天文学家基本上已经发现了。

那么，我们是不是就不用担心100米以下的小天体撞击地球？

不是的。

2013年2月15号，一块陨石以每秒20公里的速度划过俄罗斯的天空，最后落到车里雅宾斯克州，在地上砸出大坑。据后来推测，这颗陨石的直径约有20米，重量在10～30吨之间，破坏力相当于广岛原子弹的30倍，对很多建筑物引起了巨大的破坏，上千人因此受伤，所以我们的巡天计划还要不懈地努力。

那么，如果有一天，我们确实发现有个小天体即将砸到地球上，我们应该怎么做呢？

是不是要像电影《世界末日》（Armageddon）里面描写的一样，给布鲁斯·威利斯打个电话，通知他的钻井队到小天体上去钻井呢？[注释4]

那是完全不可取的。

因为这是不可控的。钻了井之后，很可能本来不会砸到我们的天体反而真的砸到了我们，造成了人类的毁灭。

那我们应该怎么办呢？

如果发现得早，我们可以发射一个小卫星上去，“温柔”地改变它的轨道，“失之毫厘，差之千里”就是这个原理，关键是要发现得早。

这个方案，也是巡天计划的一部分。

除此之外，天文学家还忧其它什么天？

其实我们担忧的东西很多，超新星爆发、伽马射线暴爆发、太阳还会不会从东边出来……为什么我们要担忧太阳不会从东边出来呢？

300年前，牛顿发现万有引力的时候已经在深深担忧这件事了。原因非常简单，如果说只有一个太阳和一个地球，数学上我们可以非常精准地求解，发现它的轨道是一个椭圆，而且这个椭圆，数学上可以证明是非常稳定的。

科学上，很多时候会在一个理想的、系统稳定的假设前提之下去做研究。但问题是，牛顿发现万有引力的时候，他已经知道有六大行星，并且它们彼此之间的运动轨道和周期都是不一样，有时候几个行星之间的距离可以很小，引力可以很大，加速度也可以很大，因此它们轨道的不稳定性相对也比较大。所以他认为太阳系很可能是不稳定的。

那怎么办？他想不通，就觉得可能上帝的手非常友好，在太阳系不稳定，快要散架的时候，就来整理一下，让太阳系恢复稳定。

有时候，我们对牛顿相信上帝感到难以理解，但其实也可能是他想得比我们深，看得比我们远，最后他不得不相信了上帝。

这个问题，困扰了300年来很多的数学家，包括拉普拉斯、高斯、拉格朗日，还有庞加莱。他们都对太阳系的稳定性做了很多的研究，最后是庞加莱得出了正确的结论，发现太阳系的长期演化是混沌的，意思就是说以非常接近的初始条件开始，经过长期演化，得到极为不同的结果。

比如说这是数学上非常有名的洛伦茨吸引子（Lorenz attractor），你可以看到两个垂直向上的锥形是这两个系统的初始条件，但是经过长期的非线性演化之后，两个锥形的最终位置非常不一样。

混沌现象最著名表述就是蝴蝶效应，纽约的蝴蝶长不长翅膀，会影响北京有没有风，有没有雾霾，对我们产生实在的影响，这个就是非线性系统非常重要的一个结果。

这张图是计算机模拟的太阳系演化过程。

混沌的太阳系有八大行星和其它无数的小天体，左上面是初始条件，你可以看到图中水星、金星、地球、火星的位置经过三十三亿年的演化之后，在误差之内可以有非常不同的结果。右上图水星的轨道跟金星的轨道相交，右下金星的轨道和地球的轨道相交，最后如果真的相交了，会产生什么样的结果？那应该就是我们人类最后的命运。

这个计算机模拟非常确定地告诉我们，**太阳系有1%的可能性会因为混沌而产生这种毁灭性的结果。**这里我们还得感谢爱因斯坦，因为如果是牛顿的经典引力，那其实太阳系毁灭的可能性是30%，这其实是非常高的，我想人类可能因此而产生很大的危机感。但由于爱因斯坦的广义相对论，这个可能性降到了1%。

当然,这个可能性是几十亿年之后才会出现的，所以我们现在还不要需要马上担心。即便如此，另外考虑到太阳会演化成为红巨星（可能）会吞噬地球，所以从长远看，人类必须考虑星际旅行，这样才能保证我们人类长期地生存下去。你可以看到，天文学家的担忧有近有远，近可以关系到我们人类在短期之内的生存，远可以关系到太阳系长期的稳定性。

建议大家有机会去夏威夷的话，一定要在圣山之巅，用望远镜看看我们的银河系，非常壮观，非常漂亮。

400年前，伽利略把他的小望远镜，对准了天空，引发了自然科学的一次根本性的革命，带来我们现在所有的现代技术。现在天文学家能够利用圣山上面的大望远镜（TMT）看到宇宙的边缘，让我们理解宇宙的诞生和最后的命运。

当下很多人都在讨论经济的不确定性，作为一个天文研究者，我想说，一个民族，不仅要有人担心国家的经济，也得有一部分人做杞人忧天的事情，胸怀宇宙，观天之文。

只有把经济、文化、自然科学这些基础学科综合在一起，才能够真正实现我们这个民族的伟大复兴，使我们这个民族重新登上文明之巅。

注释

**1.核冬天（nuclear winter）：**核冬天假说是一个关于全球气候变化的理论，它预测了一场大规模核战争可能产生的气候灾难。核冬天理论认为使用大量的核武器，特别是对像城市这样的易燃目标使用核武器，会让大量的烟和煤烟进入地球的大气层，导致极端寒冷天气。大规模的陨石撞击或者火山爆发，也有可能造成类似核冬天的后果。

**2.卡特林那巡天系统（Catalina Sky Survey）：**是一个发现彗星和小行星，包括搜索可能对地球造成撞击威胁的近地小行星的计划。

**3.泛星计划（Pan-STARRS）：**全称为全景巡天望远镜和快速反应系统（Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System），是一个引导对全天天体进行测量学和光度学的基础研究的天文计划。

**4.《世界末日》（Armageddon）：**1998年上映的科幻电影，演员布鲁斯•威利斯饰演一名被NASA委以重任的钻油井工头，在18天内，登陆即将撞击地球的陨石表面，钻洞贯穿至陨石的地心，放入核弹引爆，阻止撞击事件的发生。