到目前為止,天文學家作出準確預測並且進行了詳盡的全程觀測的天體撞擊事件是發生於1994年7月的S-L9彗星與木星的大碰撞。
從1994年7月16日開始的壹個星期裏,世界各國天文學家和廣大天文愛好者觀測了蘇梅克-利維9號(簡稱S-L9)彗星對木星的連環碰撞。這壹人世間千載難逢的天文事件,引起了科學家們的深切關註,因為它使人類對彗星、小行星撞擊地球的研究以及對木星的研究,進入了壹個嶄新階段。
S-L9彗星是美國著名的“彗星獵手”蘇梅克夫婦和利維偶然發現的周期彗星。1928年出生的尤金·蘇梅克原是美國地質勘探局天文學部的主管,那時他剛退休。20多年來,他壹直從事搜尋新彗星和小行星的工作,1991年曾經榮獲國家科學獎。比他年輕2歲的妻子卡羅琳是壹位自學成才的天文學家,1982年,她在毫無報酬的情況下加入了丈夫的天文觀測工作,他們的兩個子女這時均已長大成人。卡羅琳心細如絲,往往能夠從天文底片中註意到不規則而極小的光斑,從而發現新彗星。她壹***發現過32顆新彗星,至今這仍是壹項個人世界紀錄。
1993年3月23日午夜時分,這對誌趣相投的夫婦,與協助他們工作的業余天文愛好者戴衛·利維壹起搜尋彗星。在此之前的兩天,天氣不好,雲層很厚,他們幾乎什麽都沒有看到。他們使用美國加利福尼亞州帕洛馬山天文臺的口徑45厘米的天文望遠鏡,朝木星方向星空隨意拍了幾張照片。1948年出生的利維自己擁有壹臺口徑20厘米的天文望遠鏡,他曾單獨發現過8顆彗星,與他人合作發現過13顆彗星。這天晚上,他們僅剩的幾張照相底片已略微“跑光”,預計拍攝效果難以保證,只是在性情樂觀的利維的堅持下,蘇梅克夫婦才隨意拍攝了幾張。
當把沖洗後的底片放到立體顯微鏡下時,卡羅琳註意到,由於跑光,底片只是邊緣略顯模糊,細心的她發現底片上靠近木星的壹個區域內有個串狀天體,這與通常情況下呈現點狀的天體明顯不同。她描述說:“它以暗淡線條形式出現,帶有致密的尾部,看來就像是壹顆被壓扁了的彗星。”這三位合作者就這種現象進行了將近壹個小時的討論,最終確信這是壹顆新發現的彗星,而不是小行星。
接著,利維坐到計算機前,通過計算機網絡給國際天文學聯合會屬下的天文電報局負責人馬斯登發去壹封電子郵件,要求驗證他們的發現。不久,利維還給亞利桑那大學的天文學家斯科特打了電話,請他對木星附近天區進行觀測驗證。結果,他們的發現很快為斯科特所拍攝的更清晰的CCD圖像所證實。15分鐘後,斯科特與利維通電話時確認觀測到的就是彗星。於是,斯科特當即給馬斯登寫了封信,確認蘇梅克夫婦和利維是這顆新彗星的發現者,而且這壹彗星碎片呈現出串狀分布。
後來人們了解到,在蘇梅克他們三人發現此彗星之前的幾天內,分別在日本、智利和美國加利福尼亞州的3個天文觀測小組也都觀察到了這壹天文現象,只是未進壹步加以深究,而錯失了發現新彗星的良好機會。為了表彰蘇梅克(Shoemaker)夫婦和利維(Levy)的貢獻,國際天文組織以他們三人的名字命名彗星,這就是本世紀舉世矚目的“S-L9”彗星。
天文學家們對S-L9彗星軌道進行分析研究後認為,這顆彗星並不像大多數別的彗星那樣圍繞太陽運行,而是在繞著木星運轉。它原來很可能是木星的壹顆小衛星,或者是脫羅央群小行星中的壹員,它富含有揮發性的物質。也有學者推測它可能是被木星俘獲的壹顆普通彗星。
據推算,S-L9彗星於1991年7月8日距木星僅僅43000公裏,因為離木星太近以致被木星強大引力所產生的潮汐力撕裂並瓦解,成為壹串碎片。根據S-L9彗星被發現前後4個月的156次觀測數據,美國天文學家約曼斯和喬達斯計算了它的軌道,並預報這些分離的彗核塊在1994年7月中旬會再次臨近木星時,至少有99%的機會與木星發生碰撞。後來,在進壹步研究計算的基礎上,終於獲得了壹個非常令人振奮的確切預報:那壹連串的彗星碎核將於7月16日至24日的幾天內,接連撞入木星的大氣層,並在雲層深處引發連珠炮式的火球爆炸。在現代天文學史中,根據觀測的天體位移推算其軌道是很成熟的業務工作。1993年7月1日,正在太空運行的“哈勃空間望遠鏡”拍到了更為清晰的S-L9彗星照片,照片上清楚地顯示每壹個彗星碎塊都被球形的塵埃雲包圍著,估計任何單個碎塊的直徑不會超過4公裏。1993年10月18日至22日,在美國科羅拉多州召開了壹次專門的會議,在會上,壹些天體物理學家作出了大膽的預言。
根據天文學家的預報,彗星碎片的落點是在標誌木星白晝和黑夜分界線的黑夜壹側,即屆時在地球上無法直接觀察到撞擊的最初景象,但是人們可以看到撞擊爆炸在木星衛星上引起的閃光,還可以仔細觀察由碰撞造成的種種疤痕,以及冒出木星邊緣的爆炸噴流———蘑菇雲。第壹塊彗核(直徑約1公裏)於格林尼治時間16日20時15分(北京時間17日淩晨4時15分)撞擊木星。隨後,分別間隔大約7小時、4小時、6小時20分鐘和4小時,其他4塊彗核也紛紛與木星相撞。
美國太空望遠鏡科學研究所和宇航局戈達德航天飛行中心從空間和地面望遠鏡收集到的數據表明,首次撞擊之後產生的多個火球綿延近1000公裏。理論計算顯示含有巖石和冰塊的彗核撞擊木星時的速度高達每小時21萬公裏,在木星大氣上層可造成強烈的沖擊波,並且可能穿透以氨為成分的雲層以及幾公裏以下的致密氫氣層,使濺落點局部地區的溫度瞬間上升到上萬攝氏度。
據日本新聞媒介報道,第壹塊碎裂的彗核(A塊)在撞擊木星時形成了巨大的蘑菇雲,高溫氣體直沖至1000公裏的高度,並在木星表面留下了大如地球壹般的撞擊痕跡———黑斑。在首次撞擊之後的當天,美國宇航局舉行了新聞發布會,蘇梅克與妻子卡羅琳和利維都參加了,並回答了記者感興趣的問題。蘇梅克說,彗星碎片撞入木星大氣,使木星冒出炙熱的氣體並沖向太空,雲團的壯觀奇景非常美麗,雖然碰撞發生在木星背面南端,從地球上不能直接觀察到,但由於木星自轉很快,大約十幾分鐘,地面天文臺就能看到木星雲端的變化。彗星碎塊A的直徑在0.8公裏至1.6公裏之間,撞擊木星的能量相當於2000億噸黃色炸藥威力。
格林尼治時間18日上午7時30分(北京時間下午3時30分),第7塊彗星碎片撞擊木星,南京紫金山天文臺於19日晚7時30分用60厘米反射望遠鏡觀測到它在木星上的“疤痕”。那是壹個直徑達20000公裏的“大坑”,位置在木星南緯44°19′,與事先預報的地點基本壹致。
據美國天文學家馬倫指出,19日10時20分(北京時間19日晚6時20分),撞擊木星的第9塊碎塊產生的火球,其光亮度也與第7塊所產生的相當。他指出,人類首次利用剛剛發明不久的望遠鏡觀測木星是在1610年,天文學歷史資料顯示,自此以後,它的面貌相對而言沒有出現過太大變化。
第7塊彗星碎片的落點上空出現了由塵雲構成的壹個隆起的拋物面,而拋物面內又有壹個圓圈,這壹外觀被天文學家形象地比喻為壹只“眼睛”,它立即成為木星最顯著的識別標誌。美國女天文學家麥克法登通報說,由第7塊碎塊造成的木星痕跡如此明顯,即使是業余愛好者使用普通小口徑望遠鏡,也能夠在晴朗的夜空中觀測到。
20日晚18時12分和22分(北京時間),S-L9彗星的兩塊彗核碎塊又連續撞擊木星。當天晚上23時11分至12分之間,又壹塊彗核撞上木星,這是自17日淩晨以來的第13次撞擊。當時,天文學家稱在S-L9連續10幾次的猛烈“進攻”下,木星南半球已經傷痕累累,有7個大創面直徑超過10000公裏,有壹個創面直徑估計為數萬公裏,大大超過地球體積。上海天文臺S-L9彗星項目首席科學家傅承啟先生提供的壹份觀測研究報告說,由於木星受到彗星的連續多次轟擊,木星南緯45°附近的大氣環流自轉壹周的時間縮短了約45分鐘。考慮到木星體積巨大,經粗略推算,木星大氣層由於受撞擊而發生的風暴速度達到每秒鐘100米至150米。
北京天文臺和電子工業部22所,在河南新鄉聯合觀測到15號彗核撞擊木星磁層引起的強烈射電爆發,在25兆赫波段上,其強度比背景強度大10000倍。19日18時24分至29分,在29兆赫波段觀測到12號彗核撞擊木星引起的電波爆發,強度增強約50倍。18日21時至22時,北京天文臺興隆觀測站用口徑60厘米望遠鏡,在木星表面17號彗核撞擊點處觀測到約4000公裏的暗斑,同時,用2.16米望遠鏡觀測到撞擊點的光譜在6640埃至6660埃波段有明顯變化。
S-L9彗星的最後壹塊碎塊於格林尼治時間7月22日8時(北京時間22日下午4時)之後不久撞擊木星。美國芝加哥大學的兩位天文學家通過計算機網絡傳遞的信息證實,他們利用設置在南極地區的紅外望遠鏡觀測到S-L9最後壹塊(第21塊)碎塊撞擊木星產生的火球亮度不如在此之前的其他壹些碎塊撞擊後那麽明亮。蘇格克在最後壹塊彗星碎塊撞擊木星前夕舉行的新聞發布會上說:S-L9彗星最初直徑大約為10公裏,質量大約為5000億噸,彗星分裂的碎塊至少有21塊。碎塊以大約每小時21萬公裏的速度落向木星,釋放出的總能量相當於40萬億噸TNT爆炸產生的能量,瞬間產生的高溫可能接近30000℃。
科學家們利用這次彗—木相撞的機會,對S-L9彗星和木星的大氣層的化學構成進行了分析。他們已發現了鈉、硫、氮、硫化氫、氰化氫以及微量的水分。在觀測彗木碰撞中,天文學家發現在撞擊點上空有氨氣,但卻沒有發現預期的大量水汽。這就使人們產生了壹個疑問:S-L9是彗星嗎?如果不是彗星,又何以會有彗尾?而且為何會瓦解成21塊碎塊呢?
美國的麥克法登認為,找到水是了解木星大氣的關鍵。人們原先預計在每壹個碎塊撞擊木星時會看到明亮的白雲,可觀測到的情況與人們預期會發現水的想法並不相符。有的學者因此懷疑S-L9不是真正的彗星。彗星壹般是由氣體、冰和塵埃構成的,而且常來自太陽系邊緣的地方,它的顯著特征是在接近太陽的時候“長”出尾巴。而小行星則是壹些大的石塊,並在太陽系內區運行,壹般認為它們是沒有水的。麥克法登說,也可能是現有的儀器精度不夠,因而偵察不到水。
這次撞擊所產生的火球導致了帶電粒子混合物的形成,它們在隨著木星的磁場旋轉時,發射了強大的無線電信號。碰撞所引起的閃光現象還使科學家們有可能進行化學分析,但是要確定哪些化合物質來自彗星,哪些來自木星大氣層,哪些又是由火球產生的,尚需壹定時間。通過觀察木星上的黑斑最終怎樣消失,有可能得到更多的有關木星的氣候和風向的信息。彗木碰撞還在木星上產生了壹個巨大的震動波,這個震波涉及木星將近四分之壹的面積,它以每秒約734米的速度前進。美國天文學家蘭尼說,觀測結果表明,彗星碎片並未能夠很深地穿透木星大氣層和液氫層。他說彗星碎塊以每秒60公裏的高速撞擊木星時,被木星厚厚的大氣層擋住了。
在S-L9彗星撞擊木星後,人類不得不更加關註這些會給地球帶來威脅的彗星和小行星,據天文學家估計,目前大約有2000顆足以給地球造成威脅的彗星和小行星,因為它們的運行軌道有可能與地球的運行軌道重合。但據估計,能被及時發現的僅有100顆左右。1994年8月,美國宇航局已開始著手為直徑大於1公裏、有可能與地球相撞的彗星和小行星進行分類編目,以便科學家能及時發現並跟蹤這些天外不速之客,保護好人類美麗的家園。4.造就10000個地球的星座爆炸
距離我們有1萬光年的壹顆罕有的名為“羅卡斯(RhoCas)”的特大超巨星於2003年1月7日經歷了壹次大規模的爆發。天文學家們說,這次爆炸所產生的碎屑足足可以造就出1萬個“地球”。