如果地球与太阳系最大的彗星相撞会发生什么？

北京时间 4 月 22 日消息，据国外媒体报道，最近发现的奥尔特云彗星"伯纳迪内利-伯恩斯坦"（Bernardinelli-Bernstein）拥有已知最大的彗核，直径估计可达 119 公里。那么，这颗彗星会对地球产生什么样的影响呢？

地球正面临着一个巨大的生存威胁，来自太阳系遥远边缘的奥尔特云。这是一个形成于太阳系之初的球体云团，主要由形成太阳和行星的原始物质的残余组成，与地球的距离从 1000 倍天文单位到 1~2 光年不等。

如今，这些主要由"冰"（由水冰、甲烷、乙烷、一氧化碳或氰化氢等物质组成）和岩石组成的天体仍在太阳系最深处以缓慢、准稳定的轨道运行。但每隔一段时间，一次偶然的引力碰撞便会扰乱其中某个特定天体的轨道，使其倾斜进入太阳系内部。尽管这些天体的周期可以长达数百万年，但来自另一个大质量天体的引力"助推"，可能会让它们中的任意一个进入可能最终撞上地球的轨道。

伯纳迪内利-伯恩斯坦是迄今为止发现的最大的彗星，根据计算，它在穿过太阳系时并不会撞击地球。但是，这颗彗星在遥远的未来会发生什么，我们只能猜测。如果它与地球的碰撞真的发生，会是什么样的场景呢？

这张伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星（编号为 C / 2014 UN271）的照片拍摄于 2017 年，当时该彗星距离地球约 25 天文单位。到 2031 年，这颗彗星将到达最接近地球的位置，距离大约为 11 天文单位。值得庆幸的是，在这个天体经过地球期间，地球不会受到它的威胁，但在 450 万年后，它将再度靠近地球。

当一个物体撞击地球时，就其所造成的破坏而言，我们担心的主要有三点：

（1）物体的质量。质量越大，地球吸收的能量就越大，破坏也就越大。如果你将撞击物体的质量加倍，传递到地球上的能量也会加倍；

（2）物体移动的速度。物体移动得越快，它所带来的动能就越大，而这些动能在撞击时就会消散到地球上，从而造成我们必然会担心的破坏性影响。如果你把撞击物体的速度提高一倍，注入地球的能量就会翻四倍 -- 碰撞中传递的能量与撞击物体相对地球速度的平方呈正比。

（3）物体是由什么组成的。成分并不能决定一切，但一个"更多岩石"的物体通常比一个"更多冰"的物体危险得多，原因有以下几个：小行星更有可能撞击地面并形成撞击坑，而彗星更有可能在空中爆炸；彗星有更多的挥发物，因此更有可能分裂成更小的碎片，其中一些可能完全与地球擦肩而过，而那些撞上地球的碎片肯定会在大气中消耗一些能量；最后，小行星中含有更多的微量元素，摄入或吸入这些元素可能会产生毒性效应，因此它们对生命的威胁更大。

围绕着太阳的内外奥尔特云的图解。这个球体云团由两部分组成：内层是环形的，外层是球形的。外层奥尔特云的实际范围可能小于 1 光年，也可能在 3 光年以上；这中间存在着巨大的不确定性。伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星的远日点可能略小于 1 光年。

当然，我们还需要考虑其他问题，比如撞击的位置和角度，但只有这些撞击的规模比较小时，这些担忧才有意义。这里的"比较小"，指的是撞击事件不太可能导致大规模的生物灭绝。一般来说，如果一个撞击地球的物体直径达到 1 公里或更多时，就将构成严重的威胁；不仅可能意味着人类文明终结，还可能导致绝大部分地球现存物种的灭绝。

作为参考，在 6500 万年前撞击地球、导致地球历史上第五次大灭绝的天体，几乎可以肯定是一颗小行星，而不是一颗彗星。通过对希克苏鲁伯撞击坑的探索，包括撞击坑的大小，以及在全球各地的沉积岩地层中发现的富含铱的火山灰层，都有力地表明当时撞击地球的是一颗小行星。小行星撞击地球的可能性也明显高于彗星，因为它们：

• （1）一开始就与行星几乎在同一个平面上；

• （2）与太阳系最大的"引力扰动器"-- 木星 -- 的距离相对较近；

• （3）来到地球的距离与彗星相比更近，这使得它们直接撞击地球的可能性更大。

总之，我们所知道的白垩纪-古近纪（K-Pg）灭绝事件很可能是由一颗直径约 10 公里的岩石小行星引起的，该天体可能就来自小行星带。

这个动画描绘了过去 20 年已知近地天体（NEOs）在不同时间点上的位置变化，最后的画面是截至 2018 年 1 月的所有已知小行星地图。为了准确地知道一颗小行星（或任何近地物体）的轨道特征，我们必须在许多不同的时间点上测量其位置和速度。更遥远的物体，比如来自柯伊伯带或奥尔特云的物体，将会产生更大的撞击速度和能量。

你可能会觉得这一切很了不得，在某些方面确实如此。但以下事实或许会让你对那次灾难性的事件有更清晰的了解：

（1）一颗小行星的典型密度在每立方厘米 2 到 3 克之间，这意味着，对于 6500 万年前撞击地球的那颗 10 公里宽的小行星来说，它的总质量可能是数万亿吨；

（2）小行星受到扰动进入太阳系内部时，通常以每秒 25 公里左右的速度穿过地球轨道。考虑到地球以大约每秒 30 公里的速度绕太阳运行，而小行星与地球通常以大致相同的方向绕太阳运行，因此一颗小行星撞击地球的典型速度约为每秒 17 到 20 公里；

（3）把这些因素综合在一起，无论有没有其他不确定因素，那次撞击的总能量大约在 10^24 焦耳左右。

但如果是一个来自奥尔特云最远端且质量相当的物体，那撞击速度将会大得多，从而会向地球传递更多的能量。伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星目前正在从超过 0.5 光年远的地方进入太阳系，它的"可比质量"远不及导致 K-Pg 灭绝的小行星。

根据哈勃太空望远镜的新数据，伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星的慧核直径估计为 119 公里，是已知最大的彗星。在接下来的 9 年里，随着这个庞然大物继续靠近地球，我们对其确切体积的估计将会更加精确。

不过，伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星保持着有史以来最大的慧核记录。根据哈勃太空望远镜的最新数据，这颗彗星的彗核直径估计为 119 公里。此前，ALMA 望远镜（阿塔卡马大型毫米波 / 亚毫米波阵列）的数据显示，其直径约为 137 公里，但哈勃望远镜的新估计值具有更小的不确定性。

一般来说，彗星的密度约为每立方厘米 0.6 克，但即使伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星的密度远低于这个数值，其巨大的体积也意味着它的质量会非常大。要知道，当一个物体的直径（或半径）加倍时，它的体积实际上会增加到原来的 8 倍。考虑到伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星的直径是 K-Pg 小行星的 10 倍多，因此其体积将是 K-Pg 小行星的 1000 多倍；据估计，它的质量将在 5×10^17 千克左右，甚至可能更多。

现在，请记住，这颗彗星并不像小行星那样从火星和木星轨道之间的某个地方来到地球，而是从奥尔特云"远道而来"。这将是一场前所未有的灾难。

一个从奥尔特云落入太阳系内部的物体将主要借助太阳的引力来获得速度。从奥尔特云最远处将一个物体带到太阳系内，使其与太阳的距离与地球相同，意味着它将以每秒 42 公里左右的速度移动。

伯纳迪内利-伯恩斯坦（编号为 C / 2014 UN271）起源于奥尔特云，是太阳系历史上发现的体积最大的彗星。尽管根据哈勃太空望远镜的数据，该彗星的慧核直径约为 119 公里，少于此前的估计，但仍然是已观测到的最大彗核。

但如果这个物体要撞击地球的话，它也会落入地球的重力势阱中，地球本身在围绕太阳运行的过程中，也会相对于该物体运动。当我们把这三种因素综合考虑时，会发现大多数撞击都会以一定的速度发生，通常是在 50 到 60 公里 / 秒之间，大约是小行星撞击速度的 3 倍。记住，动能取决于速度的平方，因此 3 倍的速度意味着 9 倍的能量。

总而言之，通过数学计算，我们会发现伯纳迪诺利-伯恩斯坦彗星与地球之间的碰撞将释放大约 10^28 焦耳的总能量。

众所周知，人类并不擅长计算大到违反直觉的数字，因为我们默认这些东西"大得难以想象"。但科学的美妙之处就在于它是定量的，这意味着我们可以计算出 -- 尽管并不完美，而只是一个合理的近似值 -- 这样的大规模事件会在地球上造成什么影响。

首先，这一事件不会摧毁整个星球。一场规模大到足以让整个地球摆脱引力束缚，最终分崩离析的撞击，将需要大约 2 万倍于 10^28 焦耳的能量 -- 伯纳迪诺利-伯恩斯坦彗星与地球发生 2 万次碰撞。地球至少可以避免最灾难性的"破坏"，依然能保持完整。

然而，这并不意味着地球是安全的。这次撞击的能量将是 6500 万年前那次小行星撞击的数千倍甚至上万倍。当时的撞击留下了一个直径约 200 公里的陨石坑。如果伯纳迪诺利-伯恩斯坦彗星最后仍保持完整的固体形态，那它将彻底打碎地壳并使其在地球的表面上重新排列，类似于许多人对火星某段历史的推测：在火星目前两颗卫星内侧，最初还有另一颗卫星，但受到引力作用回落到了这颗红色星球上，创造了我们今天所看到的古怪的火星地形。

尽管大多数彗星的直径相对较小，但也存在体积较大的彗星，如图中所示的伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星。一个物体的质量越大，速度越大，在撞击时对地球造成的损害就越大。

可以想见，撞击会导致大量的灰烟、尘埃和碎屑被抛到大气层之上。这种强度的撞击甚至可能足以为地球创造出更多的卫星和小卫星，尽管它们比我们现在的月球小得多。出现几公里大小的卫星并非不可能，就像我们在火星周围看到的火卫一或火卫二一样。

是的，地球将覆盖上一层灰烬，而阳光将被尘埃遮住，时间可能长达数月，地球上的许多生命会因为缺乏阳光而灭绝。即使是生活在海底热液口附近的生物，也可能会受到这场撞击的影响。原因何在？如此强度的猛烈撞击会将包括大气层和海洋在内的地球外层撞出地球表面，抛入太空。尽管彗星本身可能会给地球带来新的水和挥发性分子，其中一些水和气体最终会落回地球，但地球上的每一种生物都会因为这样的撞击而面临灭绝的风险。

不过，地球生命并非完全没有拯救的可能性：如此大的一颗奥尔特云彗星，在接近地球时将经历来自地球引力的巨大潮汐力，并可能被撕裂成一系列更小的碎片。在 1994 年苏梅克-列维（Shoemaker-Levy）彗星撞击木星时，我们就观察到了这样的现象，总共发现了大约 24 块较大的碎片。

火星轨道器激光高度计（MOLA）是火星全球探勘者号探测器的一部分，利用其收集的超过 2 亿个激光高度计测量值，研究人员构建出了这张火星地形图。塔尔西斯（Tharsis，图中左侧）是火星海拔最高的地区，蓝色部分表示低地。可以看到，火星北半球的海拔比南半球低得多，这被认为是火星曾经拥有的一颗巨大卫星回落其表面导致的。

这些碎片最终都撞上了木星，但地球的引力远远低于木星，这意味着，如果彗星的彗核提前分裂得足够多 -- 这是一种非常现实的可能性 -- 那它的大部分质量可能会完全与地球"擦身而过"。对人类和地球上的所有生物而言，一系列较小的撞击仍然可能带来严重的后果，但对于地球的海洋和大气，风险就小得多了。

无论发生与否，伯纳迪诺利-伯恩斯坦彗星与地球的碰撞可能会导致这样的未来：

• （1）连续数月的黑暗；

• （2）地壳、海洋和大气的彻底破坏；

• （3）地壳、海洋和大气的大部分可能被抛射到太空中；

• （4）地壳下的岩浆涌向地表，甚至可能使地表完全改变；

• （5）一场持续数十年或更长时间的火风暴，由坠落的碎屑引起。

这一切，都将使任何在最初撞击（以及由此产生的巨大火球）中幸存下来的生物面临彻底灭绝的风险。

当一颗巨大的彗星以极快的速度撞击地球时，可能会导致一场前所未有的灾难。如果被一颗直径超过 100 公里的彗星击中，地球本身将保持完整，但地球上所有的生命，以及海洋和大气层，都可能会消失。

在关于外来天体撞击地球的讨论中，最经常出现的一个迷思是：难道其他物体，比如月球或木星，不会保护我们免受潜在的撞击吗？这种可能性当然是存在的，但我们的胜算并不大。事实上，通过必要的计算，我们会发现，太阳系中任何额外的质量都会增加撞击事件的可能性。木星可能会吸收太阳系中大部分的小行星和彗星碰撞，但这也会导致地球遭受撞击的次数净增加约 350%。类似地，月球的额外引力会使地月系统受到撞击的可能性大增，从而增加地球遭受撞击的发生率 -- 甚至比月球可能受到的撞击次数还多，尽管那里已经有无数的撞击坑。

如果伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星最终真的撞上地球，那么地球可能会作为一个"有生命的星球"迎来终结，或者地球上所有比单细胞生物更复杂、更分化的生命将会被消灭，这些都是很合理的猜测。地球甚至可能会变成一个几乎没有空气的世界，或者会失去几乎所有的地表水。如果我们在这场撞击发生一百万年后回到地球，可能会发现地球的整个地形地貌变得无法辨认 -- 在这样一次巨大的撞击事件后，地球将以全新的面貌出现。

一个新理论认为，月球起源于一团大质量的、甜甜圈形状的岩石蒸气 -- 索内斯蒂亚（synestia）。这个模型讲述了在一次高能的大规模撞击事件之后，形成了一团环形的气化岩石，逐渐冷却并最终形成了月球和地球。地球与伯纳迪纳尔-伯恩斯坦的碰撞可能也会产生类似的现象。

幸运的是，在穿越太阳系期间，伯纳迪内利-伯恩斯坦彗星与地球的距离不会比土星轨道更近，它将在 2031 年到达土星轨道。不过，在大约 450 万年后，这颗彗星还将回到太阳系内。如果届时发生了一系列错误的引力扰动，导致它直接撞上地球，那将是自导致月球形成的撞击事件以来最大规模的灾难。