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 就在今晚一年一度的双子座流星雨将在北京时间20时44分达到最大值根据国际流星组织(IMO)的预报在最理想的条件下每小时可有上百颗流星任君观赏（2017年12月14日双子座流星雨，摄于四川甘孜州康定县甲根坝乡雅哈垭口，摄影师@罗弘扬）▼ 在地球约46亿年的岁月中实际上每天都有大小不一的星体在向地球坠落它们微小时可以 装点地球的夜空（2022年5月4日，广东河源野猪嶂，流星划过夜空，摄影师@唐柏 鸿 ）▼ 巨大时则可以摧毁地球上的生命（请横屏观看，四川自贡恐龙博物馆展出的恐龙标本，摄影师@张艳）▼ 但令许多人更加难以置信的是在更加久远的过去它们还可能为地球带来水和氨基酸极有可能促成了生命的诞生甚至 我们今天的地球也是由大大小小、难以计数的星体组合而成真可谓你我皆星尘（请横屏观看，2020年12月双子座流星雨，摄于泸沽湖，摄影师@阿五在路上 ）▼ 要想真正了解流星雨揭开这些 太阳系浪子 的终极秘密我们需要和人类的探测器一起登陆小天体但首先我们需要从一片星云说起01浪子的诞生寰宇起于毫末大约46亿年前太阳系还仅仅是一片由 尘埃与气体构建的原始星云（2020年12月12日，流星划过猎户座大星云和马头星云，摄于云南泸沽湖，摄影师@杨晋）▼ 之后在引力的作用下星云开始坍缩无数的尘埃与气体凝聚在一起逐渐在中心形成了一个巨大的天体质量居然占到整个星系的99.86%它就是太阳而余下的部分也在聚集其中较大的八个个体清除了同一轨道上的竞争者或将竞争者纳入自己的身体或将它们捕获成为卫星这便是八大行星八大行星的质量又包揽了余下星系质量的99%（太阳和八大行星，制图@郑伯容/星球研究所）▼ 而太阳系余下的约0.002%的质量是数不尽数的尘埃是大小不一的碎片是在行星成长竞争中的失败者更是太阳系的流浪者（冥王星质量仅为月球的1/6，因无法清除轨道上的竞争者，而被踢出了行星行列，被称为“矮行星”，图片来源@NASA)▼ 它们飘散在冰冷的太空中有的分散海王星的外围是地球到太阳平均距离的30倍以上被称为柯伊伯带还有的分散在太阳系的尽头在地球与太阳平均距离数千至数万倍的地带被称为奥尔特云耀眼的太阳和八大行星以及众多不起眼的小天体众多遥远的流浪者这才是我们太阳系的真实面貌（太阳系结构示意，柯伊伯带和奥尔特云的命名都来自他们的研究者的名字，冥王星即位于柯伊伯带，制图@郑伯容/星球研究所）▼ 但是一些特别的力量却让这些看似遥远的流浪者依然可以时不时与我们交汇出现在我们的生活中这究竟是一种什么力量？02星尘之路汉代古籍《淮南子》曾记载3000多年前武王伐纣时夜空中出现了一颗拖曳着长长尾巴、类似扫帚的星体（“手捧”新智彗星，2020年8月13日摄于内蒙古阿拉善腾格里沙漠，摄影师@古蒂 ）▼ 这类星体不断出现以致在2000多年前的 马王堆汉墓里更是直接画出了20多种图样它们便是彗星（马王堆汉墓中的部分彗星样式，彗字最早意为扫，或扫的工具扫帚，摄影师@鞠骁 ）▼ 彗星并非地球的近邻而是往往来自遥远的柯伊伯带和奥尔特云在太阳系刚刚诞生的数亿年间行星的轨道尚不稳定木星、土星、天王星、海王星四颗巨大的外行星在复杂的引力作用下变换着轨道（早期太阳系的行星大迁移假说示意，目前该理论仍存有一定争议，制图@王申雯/星球研究所）▼ 在这个过程中一些小天体被行星的引力向弹弓一样向外甩出它们的运行轨道也因此变成 细长的椭圆形大部分时间位于太阳系冰冷的边缘要经历漫长的旅途才能再次接近太阳和地球（哈雷彗星轨道示意，制图@王申雯/星球研究所）▼ 这也导致它们在人类眼中每隔数年、数百年，甚至更长时间便会短暂出现在夜空中然后再次消失在人们的视线中呈现强烈的周期性1695年洞悉了这种周期性的英国物理学家哈雷准确地预测出一颗彗星的回归时间约为76年这颗彗星因此得名哈雷彗星（1986哈雷彗星回归时的照片，图片来源@视觉中国 ）▼ 1950年代美国天文学家惠普尔第一次准确描述了彗星的结构一个冰与石混合的“脏雪球”正因为如此它们 在靠近太阳时因温暖而升华往往散发出大量的 气体与尘埃好似拖着长长的尾巴（彗星的一般结构图，通常由彗核、彗发和彗尾构成。图为新智彗星，摄影@林子轩，制图@王申雯/星球研究所 ）▼ 而 当地球恰好进入尘埃所在的轨道时众多尘埃不断在地球 大气层中发光发热星坠如雨是为流星雨（流星雨成因示意，制图@王申雯/星球研究所 ）▼ 这些尘埃在进入大气层时往往平行且速度基本一致但 因为透视变形的影响在人类的眼中同一场流星雨就像是从同一个点发出的即为辐射点人们也因此根据辐射点所在位置的星座为流星雨命名（请横屏观看，2018年12月16日双子座流星雨，摄于四川阿坝州达格则。流星似乎是从同一点射出，摄影师@蒋涛 ）▼ 每年8月12日前后斯威夫特-塔特尔彗星的碎片为我们带来英仙座流星雨（请横屏观看，2021年8月14日英仙座流星雨，摄于青海小柴旦湖。摄影师@瞿晓峰）▼ 每年11月17日前后坦普尔-塔特尔彗星的碎片为我们带来狮子座流星雨（2022年11月18日狮子座流星雨，摄于海南三亚， 摄影师@罗弘扬 ）▼ 而1833年11月13日晚也正是狮子座流星雨为人类带来了历史上可能最大的一场流星雨每小时超过上万颗流星滑过夜空（描绘1833年狮子座流星暴雨的艺术作品，图片来源 @wikimedia commons ）▼ 但从遥远的寒夜访问地球的不只是彗星1766年有天文学家经过计算后推测火星和木星之间应该还有一颗行星但后来人们的观测证实这里密布着大量小行星它们由岩石和金属组成直径从数米到1000千米不等由于木星强大引力的干扰无法凝聚成更大的天体只能漫天散布、各行其是是为 小行星主带（小行星主带位置示意，制图@王申雯/星球研究所 ）▼ 此外还有约10%的小行星分布在太阳系的其他区域在太阳光压的作用下一些小行星 同样会逼近太阳和地球释放尘埃 并形成流星雨例如编号3200的小行星它的轨道近日点是如此接近太阳以至于表面温度会升高到750℃展现出与彗星相似的性质在其轨道上散落并在每年12月14日前后为我们带来 双子座流星雨（小行星3200的艺术想象图，因为接近太阳，而又名为法厄同 ，希腊神话中的太阳神之子，图片来源@NASA ）▼ 而每年1月3日左右编号196256的小行星还为我们带来象限仪座流星雨（请横屏观看，2019年1月象限仪座流星雨，摄于陕西延安。该小行星 性质尚不清楚，可能为彗星残留形成，图片来源@视觉中国 ）▼ 象限仪座、英仙座、双子座流星雨并称三大周期性流星雨而目前已有命名的流星雨更是高达100 0多个（北半球全年主要流星雨，摄影师@龍柏山人，制图@王申雯/星球研究所 ）▼ 但是那些从遥远世界闯入我们夜空的星体不仅仅只是制造星空盛宴它们惊人的能量足以影响我们的生活甚至生死03天地碰撞1908年6月30日晨俄罗斯西伯利亚的通古斯河畔一个巨大的火球划过天空并发生空爆威力相当于2000万吨TNT炸药造成400km范围内 的树木倒伏或焚毁其罪魁祸首到底是小行星还是彗星亦或是极其罕见的陨冰现在已难下定论（如今看似平静的通古斯地区，在百余年前发生了规模空前的大爆炸，图片来源@视觉中国 ）▼ 而1994年7月苏梅克-列维9号彗星撞击木星则给人类提供了千载难逢的机遇首次全程观测 太阳系天体撞击事件这次撞击 在木星表面留下了一连串的痕迹其中最大的与地球表面积相仿释放的能量更是达万亿吨级TNT当量（1994年7月18日，哈勃太空望远镜在撞击发生后拍摄的撞击痕迹，图片来源@NASA ）▼ 近年来持续进行的科学研究更是给我们提供了详细的各类小天体撞击地球的毁灭记录在太阳系形成初期行星们不断变换轨道的同时无数小星体在引力的作用下飞向太阳系内部犹如一场劈头盖脸的 “洗礼 ”几乎重塑了地球的地貌并在与地球相伴的月球上留下了无数的撞击坑（请横屏观看，满是撞击坑的月球，该事件被称为“后期重轰炸”，摄影师@黄一骏 ）▼ 幸运的是那时的地球还不像今天一样生机勃勃但这并不是最后一次6600万年一颗直径约10km的小行星在今天的墨西哥湾留下了直径约180km的撞击坑这很可能是导致当时的霸主恐龙（严格来说是非鸟恐龙）被一波带走的重要原因之一（同一时期是否发生了其他小行星撞击事件目前尚存争议，而当时的恐龙群体已经较为脆弱，而鸟类的祖先得以幸存。图为墨西哥尤卡坦半岛的陨石坑示意，目前关于恐龙灭绝的原因仍有争议，制图@郑艺/星球研究所 ）▼ 1.29万年前一场长达1000多年的大规模降温席卷全球并促使一众大型动物种群减少或灭绝包括我们所熟知的猛犸象、剑齿虎等有科学家认为这可能是由小行星撞击所致（该事件被称为新仙女木事件，这种生长在寒带的植物，在当时大肆南侵，也有观点认为该事件与洋流有关，下图为不同种类的猛犸象复原示意，制图@陈志浩&汉青&王申雯/星球研究所 ）▼ 但事物的影响总是一体两面气温降低与大型兽类减少也引发人类食物匮乏一些人“被迫”放弃单一的狩猎与采集生活开始尝试种植作物农业从此开启了人类文明的新篇章（ 广西龙胜梯田秋景，摄影师@王志荣 ）▼ 造访地球的天体也的确带来了许多积极的影响有理论认为在地球早期无数小天体尽情蹂躏地球表层时也为地球带来了生命之源水（地球上水的来源尚有争议。赛里木湖秋季风光，摄影师@蒋晨明 ）▼ 还有各类氨基酸甚至还有磷对生命起源也都是至 关重要的元素（1969年人们目睹了澳大利亚默奇逊地区的陨石降落，在该陨石中发现了地外起源的非生物合成氨基酸，可证明是非生物因素产生，图片来源@视觉中国 ）▼ 此外人类最早制作的铁器也来源于陨石中的陨铁因其形态独特比一般铁矿更易于发现和利用从而成为人类铁器的起点（藁城台西商代遗址出土的我国最早的铁器——铁刃铜钺，铜钺刃部的铁为陨铁。图片来源@视觉中国）▼ 1953年科学家还利用铁陨石第一次准确知道了地球的年龄45.5亿年（±0.7亿年）铁陨石的形成 过程与地核一致它们的年龄 基本可以等同于地球的年龄而其中的铀同位素会衰变为铅而不同铀的半衰期不同衰变成为的铅同位素也有所不同这好似岁月的时钟只需测得铁陨石中不同铅同位素的比例便可知大地的沧桑几何（测出该数据的加州理工学院教授帕特森后来还成为铅污染防治的先驱，图为巴林杰陨石坑，图片来源@视觉中国)▼ 而在 南非 弗里德堡撞击坑周围还出产黄金等诸多矿产这也与天体撞击有关（其具体机理还存在一定争议，南非弗里德堡撞击坑地形，制图@郑艺/星球研究所）▼ 可见这些太阳系的浪子对地球的生命和人类的影响是何等重要在它们闯入地球的同时我们也需要走出去奔向星尘去揭开它们更多的秘密04奔向星尘1986年借着哈雷彗星回归的契机一支包含美苏日欧六艘探测器在内的“哈雷舰队”相继升空人类第一次以596km的超近距离观测 彗星的真面目（欧洲宇航局乔托号拍摄的哈雷彗星彗核，图片来源@ESA ）▼ 2004年美国星尘号探测器成功飞掠维尔特二号彗星并于2006年将彗星气体和尘埃样品带回地球（星尘号，图片来源@NASA ）▼ 2019年日本隼鸟2号探测器成功登陆一颗名为龙宫的小行星并于2020年由回收舱将样品带回地球在其中发现了多种氨基酸这是目前最确凿的地外氨基酸证据（隼鸟2号探测器落地后取出样品，图片来源@JAXA ）▼ 2022年9月27号NASA的一艘重达600kg的探测器主动撞向小行星迪莫菲斯（Dimorphos）（请横屏观看，小行星防御任务图示，制图@王申雯/星球研究所）▼ 并改变了小行星的轨道完成人类首次小行星改道任务未来面对小天体撞击的威胁人类将不再是手无缚鸡之力而中国也将加入这场角逐2012年12月13日嫦娥二号以 3.2km的最近距离飞掠小行星图塔蒂斯2022年4月24日中国航天日国家航天局宣布将启动小行星防御计划2025年天问二号将奔向小行星2016HO3和彗星311P（研究表明2016HO3是地球的准卫星，图为该小行星的艺术想象图，图片来源@NASA ）▼ 我们已经越来越接近这些太阳系浪子的终极秘密2016年4月在全国中学生天文奥林匹克竞赛国家队选拔赛的赛场上一道题目令所有选手猝不及防（第四题：马门溪龙看见的恒星-低年级与高年级组 ）▼一颗绝对星等为-3.5等的恒星，在良好观测条件下，勉强能够被生活在今天的地球上的视力正常的人用肉眼看到。如果这颗恒星也刚好能被恐龙时期的马门溪龙勉强看到，请你用适当的公式和数值推演说明，这颗恒星应经历了怎样的变化，并详细说明原因马门溪龙最早于1954年在四川发现体长可超过20米其中的中加马门溪龙更是 世界上脖子最长的恐龙这是一道没有标准答案的开放题但却提醒我们曾经的地球霸主恐龙也曾抬头望天看流星划过天际直到目睹小行星撞击后交出霸主宝座（重庆自然博物馆展出的合川马门溪龙，摄影师@王啸）▼ 恐龙灭绝的6600万年后银河系猎户悬臂之上一颗小小的主序星太阳旁环绕它的小小小小暗淡蓝点之中一种名叫人类的智慧生命依旧抬头望向 这片恐龙仰望过的星空（2022年7月27日，深圳天文台上空一颗火流星划过银河，摄影师@陆不喝）▼ 不同的是人类要从这小小的暗淡蓝点发出向着宇宙的四方飞去征途虽远甚至没有返程但 你我本就 皆为星尘（旅行者一号拍下的著名照片“暗淡蓝点”，圈内的光点为地球，图片来源@NASA）▼ ————后记————尽管我们中的绝大多数人还无法奔向星空那个我们来自的地方但我们的思想与想象却可以超脱时空的限制奔向宇宙的边疆（奔向宇宙，我们已经迫不及待，2015年12月20日双子座流星雨，摄于国家天文台河北兴隆观测站，摄影师@Steed）▼ 而今晚无论你所在的地方是否适合观测星球研究所都将陪你一起向流星许愿（向着长流星，许愿吧！请横屏观看，超长掠地流星，2021年6月12日摄于乌兰布统，摄影师@申然）▼
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