人類如果不想步恐龍的後塵，應該多看看星星_風聞

毛淑德

清華大學天體物理中心主任

杞國有人憂天地崩墜，身亡所寄，廢寢食者。

又有憂彼之所憂者，因往曉之，曰：“天積氣耳，亡處亡氣。若屈伸呼吸，終日在天中行止，奈何憂崩墜乎？”

——《列子·天瑞》

我們中國人都聽過“杞人憂天”這個成語，它説的是杞國有一個人擔憂天地會崩裂，擔憂到了廢寢忘食的程度。

這顯然是一個天文愛好者。

恰巧又有個人，對這位“天文愛好者”的憂慮也很擔憂，所以“因往曉之”，去勸導他：

“天不過是聚集的空氣，空氣無處不在，我們生活在這個氣裏，一舉一動、一呼一吸都在其中，何必去擔心它會不會塌下來呢？”

天文愛好者沒有馬上被説服，反問道：“如果天真的是積氣的話，那日月星宿它不應該掉下來嗎？”

其人曰：“天果積氣，日、月、星宿，不當墜邪？”

曉之者曰：“日、月、星宿，亦積氣中之有光耀者，只使墜，亦不能有所中傷。”

……

其人舍然大喜，曉之者亦舍然大喜。

去開導他的人説：“問得好，日月星宿，只是這個積氣當中會發光的東西，掉下來又怎麼會中傷你呢？

這個人聽了之後，你可以看到他們的反應，非常有意思——“其人舍然大喜，曉之者亦舍然大喜”，兩個人都完全地放下心了，自在了。

這個故事非常有趣，但是，如果恐龍還健在的話，它對這個理論大概是不會認可的。事實上，小天體撞擊事件，在太陽系的形成歷史上是非常多的。

我們現在已經可以確認，恐龍滅絕於大約6600萬年前。當時就是一顆小行星撞到了地球，落在了墨西哥灣，砸出了一個直徑180公里，洞深幾十公里的大坑，它引起的“核冬天”（nuclear winter）[註釋1]直接導致地球上，包括恐龍在內大概75%的動植物滅亡。

隕石坑就是小天體撞擊事件最直接的證明。比如月球的正反面上就有很多隕石坑，這個圖是嫦娥三號探測器的“玉兔” 月球車降落的地方，叫Von Kármán Crater，馮卡門隕石坑。

地球上隕石坑的分佈有一個非常有意思的特徵，美國的隕石坑非常多，中國卻非常少，直到2007年左右，我們才發現中國境內的第一個隕石坑。

為什麼中國的隕石坑這麼少呢？有一部分原因，可能是中國大陸的板塊運動非常複雜，一些隕石坑在地質運動中被磨滅了，但也可能是我們的科學家，包括我自己，對隕石坑的探索還不夠盡力。

人類要是不想重複恐龍的命運，我們必須對天上的小天體的數目，還有它們的運行軌道進行非常精密的巡天測量，因此科學家們也要更努力。

美國NASA，還有他們的海軍，在這方面都有許多投入，比如卡特林那巡天系統（Catalina Sky Survey）[註釋2]，泛星計劃（Pan-STARRS）[註釋3]等等。

這個動畫是NASA的近地天體廣角紅外巡天探測器（NEOWISE）至今發現的近地小天體。最靠裏的那個圈是水星軌道，水星之外那個紫色的圈是金星，藍色是地球，黃色是火星，最外面那個圈是木星。其中大多數小天體都聚集在火星和木星的軌道之間。

最近20年內被發現的近地小天體數目非常多。直徑1公里以上的近地小天體，大概是1000顆；黃線是直徑超過140米的小天體數目，大概是8000多顆；藍線是所有近地小天體的數目，接近2萬顆。我們地球就像在小天體的海洋裏游泳一樣，所以説，碰到小天體撞擊地球的情況是很正常的。

直徑10公里的小天體撞擊地球，是恐龍滅絕級別的事件，如果直徑超過100公里的話，整個人類都會被毀滅。令人欣慰的是，直徑超過1公里的小天體數目，在這20年內基本上沒有什麼變化，也就是説，這麼大的天體，天文學家基本上已經發現了。

那麼，我們是不是就不用擔心100米以下的小天體撞擊地球？

不是的。

2013年2月15號，一塊隕石以每秒20公里的速度劃過俄羅斯的天空，最後落到車里雅賓斯克州，在地上砸出大坑。據後來推測，這顆隕石的直徑約有20米，重量在10～30噸之間，破壞力相當於廣島原子彈的30倍，對很多建築物引起了巨大的破壞，上千人因此受傷，所以我們的巡天計劃還要不懈地努力。

那麼，如果有一天，我們確實發現有個小天體即將砸到地球上，我們應該怎麼做呢？

是不是要像電影《世界末日》（Armageddon）裏面描寫的一樣，給布魯斯·威利斯打個電話，通知他的鑽井隊到小天體上去鑽井呢？[註釋4]

那是完全不可取的。

因為這是不可控的。鑽了井之後，很可能本來不會砸到我們的天體反而真的砸到了我們，造成了人類的毀滅。

那我們應該怎麼辦呢？

如果發現得早，我們可以發射一個小衞星上去，“温柔”地改變它的軌道，“失之毫釐，差之千里”就是這個原理，關鍵是要發現得早。

這個方案，也是巡天計劃的一部分。

除此之外，天文學家還憂其它什麼天？

其實我們擔憂的東西很多，超新星爆發、伽馬射線暴爆發、太陽還會不會從東邊出來……為什麼我們要擔憂太陽不會從東邊出來呢？

300年前，牛頓發現萬有引力的時候已經在深深擔憂這件事了。原因非常簡單，如果説只有一個太陽和一個地球，數學上我們可以非常精準地求解，發現它的軌道是一個橢圓，而且這個橢圓，數學上可以證明是非常穩定的。

科學上，很多時候會在一個理想的、系統穩定的假設前提之下去做研究。但問題是，牛頓發現萬有引力的時候，他已經知道有六大行星，並且它們彼此之間的運動軌道和週期都是不一樣，有時候幾個行星之間的距離可以很小，引力可以很大，加速度也可以很大，因此它們軌道的不穩定性相對也比較大。所以他認為太陽系很可能是不穩定的。

那怎麼辦？他想不通，就覺得可能上帝的手非常友好，在太陽系不穩定，快要散架的時候，就來整理一下，讓太陽系恢復穩定。

有時候，我們對牛頓相信上帝感到難以理解，但其實也可能是他想得比我們深，看得比我們遠，最後他不得不相信了上帝。

這個問題，困擾了300年來很多的數學家，包括拉普拉斯、高斯、拉格朗日，還有龐加萊。他們都對太陽系的穩定性做了很多的研究，最後是龐加萊得出了正確的結論，發現太陽系的長期演化是混沌的，意思就是説以非常接近的初始條件開始，經過長期演化，得到極為不同的結果。

比如説這是數學上非常有名的洛倫茨吸引子（Lorenz attractor），你可以看到兩個垂直向上的錐形是這兩個系統的初始條件，但是經過長期的非線性演化之後，兩個錐形的最終位置非常不一樣。

混沌現象最著名錶述就是蝴蝶效應，紐約的蝴蝶長不長翅膀，會影響北京有沒有風，有沒有霧霾，對我們產生實在的影響，這個就是非線性系統非常重要的一個結果。

這張圖是計算機模擬的太陽系演化過程。

混沌的太陽系有八大行星和其它無數的小天體，左上面是初始條件，你可以看到圖中水星、金星、地球、火星的位置經過三十三億年的演化之後，在誤差之內可以有非常不同的結果。右上圖水星的軌道跟金星的軌道相交，右下金星的軌道和地球的軌道相交，最後如果真的相交了，會產生什麼樣的結果？那應該就是我們人類最後的命運。

這個計算機模擬非常確定地告訴我們，**太陽系有1%的可能性會因為混沌而產生這種毀滅性的結果。**這裏我們還得感謝愛因斯坦，因為如果是牛頓的經典引力，那其實太陽系毀滅的可能性是30%，這其實是非常高的，我想人類可能因此而產生很大的危機感。但由於愛因斯坦的廣義相對論，這個可能性降到了1%。

當然,這個可能性是幾十億年之後才會出現的，所以我們現在還不要需要馬上擔心。即便如此，另外考慮到太陽會演化成為紅巨星（可能）會吞噬地球，所以從長遠看，人類必須考慮星際旅行，這樣才能保證我們人類長期地生存下去。你可以看到，天文學家的擔憂有近有遠，近可以關係到我們人類在短期之內的生存，遠可以關係到太陽系長期的穩定性。

建議大家有機會去夏威夷的話，一定要在聖山之巔，用望遠鏡看看我們的銀河系，非常壯觀，非常漂亮。

400年前，伽利略把他的小望遠鏡，對準了天空，引發了自然科學的一次根本性的革命，帶來我們現在所有的現代技術。現在天文學家能夠利用聖山上面的大望遠鏡（TMT）看到宇宙的邊緣，讓我們理解宇宙的誕生和最後的命運。

當下很多人都在討論經濟的不確定性，作為一個天文研究者，我想説，一個民族，不僅要有人擔心國家的經濟，也得有一部分人做杞人憂天的事情，胸懷宇宙，觀天之文。

只有把經濟、文化、自然科學這些基礎學科綜合在一起，才能夠真正實現我們這個民族的偉大復興，使我們這個民族重新登上文明之巔。

註釋

**1.核冬天（nuclear winter）：**核冬天假説是一個關於全球氣候變化的理論，它預測了一場大規模核戰爭可能產生的氣候災難。核冬天理論認為使用大量的核武器，特別是對像城市這樣的易燃目標使用核武器，會讓大量的煙和煤煙進入地球的大氣層，導致極端寒冷天氣。大規模的隕石撞擊或者火山爆發，也有可能造成類似核冬天的後果。

**2.卡特林那巡天系統（Catalina Sky Survey）：**是一個發現彗星和小行星，包括搜索可能對地球造成撞擊威脅的近地小行星的計劃。

**3.泛星計劃（Pan-STARRS）：**全稱為全景巡天望遠鏡和快速反應系統（Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System），是一個引導對全天天體進行測量學和光度學的基礎研究的天文計劃。

**4.《世界末日》（Armageddon）：**1998年上映的科幻電影，演員布魯斯•威利斯飾演一名被NASA委以重任的鑽油井工頭，在18天內，登陸即將撞擊地球的隕石表面，鑽洞貫穿至隕石的地心，放入核彈引爆，阻止撞擊事件的發生。