如果我們眼睜睜地看著一個天體在危險的近地軌道上運行幾年，卻沒有能力改變人類命運的話，那麼我們都會覺得自己是個大傻瓜。
某天，我趁著哈佛大學的春日假期去了趟科羅拉多看朋友，並在那裡做了些工作，順便滑了滑雪。洛基山是一個非常適合人們坐下來思考的地方，那裡的夜晚和白天一樣絢爛，似乎充滿靈性。在晴朗而乾燥的夜晚，天空被燦爛的星光照亮，不時會有一顆流星劃過長空。這些流星就是很久以前在地球軌跡上解體的小天體。一天晚上，我和朋友站在我住的房子外面，驚奇地看著這美麗非凡的天空，天空中滿是各種發光星體。在我看到了兩顆流星之後，我和朋友又同時發現了一顆持續數秒的大流星。
雖然我是個物理學家，但我在看到這種壯觀的景象時也常會停止思考，只享受眼前的美景。但這一次，我仔細思考了一下那個大流星是什麼物體以及它的軌跡意味著什麼。這顆流星——一個45億年長的故事的高潮部分，只閃耀了幾秒鐘的時間，卻也意味著這顆明亮的流星大約滑行了50公里～100公里後才氣化並消失的。這顆流星距離我們的高度也差不多是這個距離，所以我們看到它在天空中的軌跡是一個大的圓弧。流星不只具有美麗的外表，而且我們還可以理解它的一些本質。當我說這顆像塵埃或者石子大小的物體迅速劃過蒼穹的樣子看起來非常美妙時，我那個不是物理學家的朋友感到非常驚訝，他說他本來以為這個物體的直徑都快2 000米那麼長了。
我們的對話很快從安靜地享受美麗的夜空轉到了思考一個直徑約2 000米長的大物體猛衝向地球時所能造成的損害。這麼一個危險的大傢伙撞向地球的概率是很小的，而它撞向有人的區域並造成很大傷害的概率就更小了。雖然如此，從月球表面來推測（地球上存留下來的隕石坑太少了，我們無法據此精確估算），在地球的生命過程中，有幾百萬個直徑大小從1 000米～1 000公里的物體曾經撞擊過地球。但是大部分撞擊都發生在幾十億年前一個叫作後期重轟炸（Late Heavy Bombardment）的時期。雖然被稱作“後期重轟炸期”，但是這個時期其實是在太陽系剛剛形成後不久還沒有演化成穩定狀態的時期。
大流星撞擊地球的頻率自從重轟炸時期過後就已經很低了，而這是生命存活的必要條件。即便2013年2月被行車記錄儀拍下來，並在Youtube上瘋狂傳播的在西伯利亞發生的撞擊——點亮了半邊天的車裡雅賓斯克（Chelyabinsk）流星，直徑也不過只有20米左右。最近唯一一個可以和我朋友想像的那種大撞擊相似的事件發生在1994年，當時約2 000米大小的蘇梅克-列維彗星碎塊撞向木星。最初的彗星要更大一些，在它碎成小塊之前有幾公里大。這次撞擊之後，我們可以觀測到木星表面上有個大約和地球同尺寸的黑雲，這就是約2 000米大的碎塊所能造成的損害。20米是很大，但是直徑將近2 000米又完全是另外一回事。
流星帶來的並不全是毀滅。很多散落在地球上的流星和微流星也帶來了不少好東西。隕石——流星在地球上殘留的碎塊，可能是形成生命所必須的氨基酸以及生命存活必須的水的來源。毫無疑問，我們在礦場裡挖出來的大部分金屬也都來自地外撞擊。我們甚至也可以這麼認為：如果不是流星撞擊（我將在第12章詳細講述）毀滅了地球上的恐龍的話，哺乳動物不會迅速統治地球，人類也不會出現——當然，也有人認為這並不一定是個好事。
6 600萬年前的物種大滅絕只是將地球生命與太陽系其他部分聯繫起來的其中一個故事。這本書是關於抽像物質的，比如我所研究的暗物質，但是它也涉及地球與其周圍宇宙環境的關係。下面我將開始講述我們知道的一些撞擊過地球的流星、彗星，以及它們在地球上留下的疤痕。我也會談及在未來有可能撞到地球的物體，以及我們如何阻止這些破壞性的不速之客。
當隕石飛向地球
像來自太空的物體撞擊地球這種奇怪現象聽起來有些不可思議，確實，科學界最初是幾乎不承認這類說法的。雖然古人相信外太空的物體會到達地球表面——即便是現代，一些村莊裡的人也這麼認為，但直到19世紀，受到良好教育的人也會對此表示懷疑。有些沒上過學的牧羊人看到過有東西從天空墜落，但這些見證者沒有可信度，因為很多和他們背景相似的人也曾經報告過一些想像出來的場景。即便科學家最後承認會有東西掉落到地球上，但他們最初不相信這些石頭是從太空來的。他們傾向於地球來源說，比如在火山爆發中噴出的東西再重新掉落到地球上。
1794年6月在錫耶納學院發生的一次偶然的隕石飛落事件，才讓外太空的隕石理論開始慢慢成立。當時很多受過教育的意大利人和英國遊客都在現場見證了這起事件。這個戲劇性的場景始於一朵噴著煙霧和火花的高高的黑雲，這黑雲慢慢地移動著，伴隨著紅色的閃電，隨後就下起了石頭雨。當時在錫耶納的阿比·索爾丹尼（Abbe A.Soldani）覺得這些掉落的物質非常有意思，於是他收集了目擊者們的描述，並且寄了一份掉落物質的樣本給一位在那不勒斯的化學家古列爾摩·湯姆森（Guglielmo Thomson，真名為威廉·湯姆森，曾因為和他的小男僕發生了不軌行為而羞愧地逃離牛津大學）。
湯姆森經過仔細研究發現，這塊物體是來自地球之外的。這比當時盛傳的來自月亮或是雷電擊中的塵埃的解釋要合理得多，也比另一種認為其來自當時正處於活動期的維蘇威火山（Vesuvius）的說法也更合理一些。維蘇威火山在事發之前18小時碰巧剛好有一次噴發，所以將它當作天降石頭的來源也情有可原。然而，維蘇威火山距事發地320多公里，並且方向也不對，所以這種解釋行不通。
化學家愛德華·霍華德（Edward Howard）在法國貴族科學家寇穆特（Jacques-Louis, Comte de Bournon，他在法國大革命時期被驅逐到了倫敦）的幫助下，最終推斷出這些石頭來自流星。霍華德和寇穆特分析了一塊落在印度貝那勒斯（Benares）附近的隕石。他們發現，鎳元素在這塊隕石中的含量比在地球表面以及高壓下形成的石頭狀物質中要高很多。湯姆森、霍華德以及寇穆特所做的化學分析正是德國科學家恩斯特·克拉德尼（Ernst F.F.Chladni）曾經建議的，他曾經想用這種分析，來證實他的猜想：這些物體撞擊地球的速度太快了，因而和其他解釋都不相符。其實錫耶納的隕石雨只發生在克拉德尼的書《論鐵的起源》（On the Origin of Ironmasses）發表兩個月之後，而這本書最初所受到的評論都是負面的，直到柏林的報紙最終在兩年後開始報道錫耶納隕石雨的時候才有所改觀。
在英格蘭更廣為傳播的是英格蘭皇家學會會員愛德華·金（Edward King）在事發當年所寫的一本小書。金的書總結了錫耶納事件以及克拉德尼書裡的內容。1795年12月13日，當一個重達25千克的石頭落在約克郡的伍爾德村（Wold Cottage）時，隕石理論在英格蘭被確立了下來。隨著剛從煉金術中分離出來不久的化學方法越來越為人們所稱道，再加上這麼多一手的證據，隕石最終在19世紀被人們承認。自那之後，更多被承認的地外天體落到了地球上。
更近期的“拜訪”事件
流星和隕石絕對是博人眼球的新聞標題。雖然人們會很熱衷於追捧這些壯觀的事件，但是我們不應該忘記：我們現在所生活的太陽系是處於平衡態的，也就是說基本不會有非常劇烈的分裂瓦解事件發生。幾乎所有的流星都非常小，因而它們在地球大氣層頂端就會將其固態物質蒸發殆盡。大一些的天體則很少到達地球。但小天體確實會來拜訪我們，而且它們無時無刻不在造訪。大多數時候進入大氣層的是一些微流星體，這些小顆粒太小了甚至都燒不起來。雖然和微流星體比起來少了很多，毫米級的天體闖入地球的頻率也很高——大約每30秒一個，而它們會被燒掉並且不會造成什麼大影響。兩三厘米大小的天體會在大氣層中然燒掉一部分，因此它們殘留的碎塊可能會落到地面，但是這些碎塊太小了，也不會造成很大影響。
但每過幾千年，就會出現一個由大天體在大氣層底端引起的爆炸現象。歷史上有記錄的最大規模的這種爆炸1908年發生在俄國通古斯（Tunguska）。即便在沒有表面接觸的情況下，大氣層中的大爆炸也可以在地球上造成可觀的影響。造成這次大爆炸的那顆小行星或者彗星——我們無法確切知道是哪個，在西伯利亞森林中的通古斯河附近的天空中爆炸。這顆將近50米大小的火流星，一個來自太空並在大氣層中瓦解的天體相當於10兆噸～15兆噸TNT炸藥，是廣島原子彈爆炸能量的1 000多倍，不過比現今爆炸的最大的核彈能量要小一些。這次爆炸摧毀了2 000平方公里的森林，產生的衝擊波相當於裡氏5.0級地震。值得注意的是，在原爆點上的樹都得以保持直立，而它們周圍的樹卻都被壓倒了。這些仍然保持直立的樹木所佔區域的大小，以及人們並沒有發現隕石坑，表明這顆天體很可能是在距離地面6公里～10公里的空中爆炸分解的。
我們對於風險的估算一直在變，部分是因為對通古斯天體的大小估算一直在變——估算的大小從30米～70米不等。在這個大小區間內的天體撞上地球的頻率大概是幾百年一次到兩千年一次。即便如此，大部分擊中或者接近地球的流星們都比較接近無人區，因為人口密集的區域和地球的總面積相比，畢竟是少數。
通古斯流星也不例外。它在西伯利亞一個未開發地區的上空爆炸，離此最近的一個貿易點在70公里之外，而離最近的村莊尼志訥-卡勒林斯科（Nizhne-Karelinsk）就更遠了。即便如此，衝擊波還是足夠將這個並不近的村莊裡的窗戶擊碎，將行人衝倒。村民們都被迫轉身以避開這天空中足以致盲的強閃。科學家們在爆炸發生20年後回到這裡，發現一些當地牧民受到了噪聲和衝擊波的傷害，其中有兩人還在這次事件中喪生。而它對動物界的影響是毀滅性的，爆炸導致的大火燒死了大約1 000頭馴鹿。
通古斯事件甚至影響到了更大的區域。在距離事發地點方圓相當於整個法國面積的區域內，都可以聽到爆炸的聲音，而且全球氣壓也因此受到了影響。爆炸產生的波動環繞了地球三次。在通古斯大爆炸之後還發生過一次更大的、也是我們研究得更好的希克蘇魯伯大撞擊（Chicxulub impact，也就是毀滅恐龍的那次撞擊事件），這類事件產生了很多破壞性後果：風、火、氣候變化，以及大氣層中一半的臭氧層消失。
由於這顆流星是在一個偏遠無人區爆炸的，並且當時通信不發達，因此大部分人直到幾十年後的一次調查揭示了它的全部影響範圍之後，才注意到這個巨大的衝擊波。通古斯非常遙遠，而且當時正處於第一次世界大戰和俄國革命期間，因此這次事件就更難被人知曉了。如果這次小行星撞擊僅僅提前或者拖後一小時，那麼它將可能碰到一個大的人口聚集區，那樣的話，大氣層裡的爆炸或者海洋產生的海嘯很可能造成幾千人喪生。如果這些變成現實，那麼這次撞擊將不僅會改變地球表面的自然環境，還會改變20世紀的歷史——之後的政治和科學發展將是完全不同的走勢。
在通古斯大爆炸之後的100年裡，還發生過幾起雖然較小卻仍有新聞價值的天外來客造訪地球的事件。雖然記錄並不完整，但是1930年在巴西亞馬孫河上空爆炸的一顆火流星應該是其中較大的一個。它釋放出的淨能量比通古斯事件要小，估計大約為通古斯事件的1/100～1/2。即便如此，這顆流星的質量也在1 000噸以上，甚至可能重達25 000噸——大約是10萬噸TNT當量。我們對流星撞地球的概率估計不是很確定，但10米～30米的物體撞擊地球的概率大約是10年一次到幾百個世紀一次。我們對撞擊概率的估計強烈依賴於天體的精確大小。大小上變化兩倍可能會導致撞擊概率變化高達10倍。
兩年之後，一顆和亞馬孫河上空的那顆差不多大的火流星在西班牙上空15公里處爆炸，釋放出的能量大約是20萬噸TNT當量。在接下來的50多年裡又發生相當於多次火流星爆炸，但它們都不如巴西的這顆大（我不在這裡一一列舉了）。一個值得注意的例子是1979年發生在南大西洋和印度洋之間的維拉事件。維拉事件是根據發現它的美國維拉號防禦衛星命名的。雖然最初大家以為它很可能是流星，但現在都認為它是地球上的一次核爆炸。
當然，一些探測器也探測到過真的火流星。美國國防部的紅外探測器和能源部的可見光探測器於1994年2月1日探測到了，在太平洋馬歇爾群島附近的一個5米～15米寬的流星信號。在距離事發地點幾百公里處的密克羅尼西亞科斯雷島（Kosrae）海岸附近的兩個漁民也看到了這次爆炸。另一個更近期的10米級天體爆炸於2002年發生在希臘和利比亞之間的地中海上空，釋放出的能量大約是2.5萬噸TNT當量。當然更近期的一個事件於2009年10月8號發生在印度尼西亞的波訥（Bone）。這顆很可能是產生於一個直徑10米的天體，釋放出的能量高達5萬噸TNT當量。
偏離軌道的彗星或者小行星都有可能變成流星。遙遠彗星的軌跡很難預測，但是足夠大的小行星在遠未到達地球之前就可以被探測到。2008年撞在蘇丹的一個小行星就是一個很好的例子。2008年10月6日，科學家們通過計算發現他們剛剛發現的這顆小行星第二天早晨就會撞上地球。而且它確實撞上來了。這次碰撞並不嚴重，而且附近也沒有人居住。但是它確實顯示出有些碰撞是可以預測的——即便我們能提前多久知道發生時間與探測靈敏度有關，而探測靈敏度又與撞擊天體的大小和速度有關。
最近一次有新聞價值的事件是發生在2013年2月15日的車裡雅賓斯克流星。這次事件不僅有很多現場照片，而且很多人都對它有很深的印象。這顆火流星在俄羅斯烏拉爾區域南部的上空爆炸，產生的能量大約是50萬噸TNT當量。大部分能量被大氣層吸收掉了，但是部分能量隨著一個衝擊波在幾分鐘後擊中了地球表面。這次事件是由一個直徑15米～20米大的小行星引發的，它大約有1.3萬噸重，估計下降的速度是18公里/秒，這個速度是聲速的60倍。人們不僅看到了這次爆炸，也感受到了它傳來的熱浪。
大約有1 500人因此受傷，但大部分都是因為次級效應造成的，比如被擊碎的玻璃劃傷。受傷的人基本都是跑去窗邊看那耀眼閃光的人。閃光的傳播速度是光速，因此人們首先通過光發現了這次奇異事件。不幸的是——這也是很好的恐怖片素材，天空中的光先將人們吸引到了危險的地方，然後衝擊波撞擊，從而造成了很大傷害。
在這個流星撞上地球的時候，新聞曾報道說有另一個小行星正在接近地球。而這顆車裡雅賓斯克流星並沒有被提前探測到。新聞報道中的那個30米的天體，在16小時後到達最接近地球的地方，但後來並沒有進入地球大氣層。很多人曾推測這兩顆小行星可能擁有共同的起源，但是後來的研究表明並非如此。
近地天體，最經常的撞擊
就像2013年2月那個預測會撞地球的小行星一樣，很多非常靠近地球卻最終沒有撞到地球的天體吸引了人們的大量注意力。另一些天體確實飛到了地球上，但是這些撞上來的天體中，絕大多數都是無害的。即便如此，之前的撞擊已經影響了地球上的地貌和生態，而且以後很可能也還會造成影響。隨著人們對小行星的理解日益增進，對其潛在危害（很可能有些誇大）的認知不斷提高，搜尋有可能穿過地球軌道的小行星的任務會被人們重視起來。
最經常的撞擊——雖然並不一定是最大的，來自近地天體（NEOs），這些非常靠近地球的物體，它們與太陽的最近距離不超過日地距離的30%。大約有一萬個近地小行星（NEAs）以及少數彗星滿足這個條件。一些跟蹤範圍內的大流星也算是近地天體——嚴格來講，一些繞太陽轉的宇宙飛船也算是其中一種。
近地小行星可以分成很多類（見圖9-1）。進入地球勢力範圍，和地球靠得很近，但是和地球軌道沒有相交的一類天體叫阿莫斯（Amors）——以1932年飛近地球達160萬公里（0.11天文單位）的小行星名字命名。它們雖然現在並不會穿過地球的軌道，但是對地球也有潛在的威脅：木星或者火星對它們造成的擾動有可能增加其軌道的偏心率，因此最終它們還是有可能穿過地球軌道。阿波羅（Appollos）也是以一個小行星的名字命名的，這是一類在徑向方向穿過地球軌道，但軌道面卻在地球橢圓軌道（太陽在天球上的軌跡就標示著地球的軌道）之上或者之下的天體，它們一般也不會與地球軌道相交。然而它們的軌道會隨著時間變化，於是也有可能偏離到危險區域以內。另一類天體被稱作阿特恩（Atens），和阿波羅相似，它們和阿波羅的不同之處在於其軌道區域比地球的還小。阿特恩天體也是以一個這種小行星的名字命名的。最後一類近地小行星叫阿提拉斯（Atiras），這種小行星的軌道完全在地球軌道圈以內。它們很難被找到，因此已知的只有那麼幾個。
圖9-1
4類近地小行星。阿莫斯型小行星的軌道處於地球和火星之間。阿波羅型小行星和阿特恩型小行星的軌道會穿過地球軌道，但是在一部分軌道時間內有可能向外延展。阿波羅型小行星的軌道的半長軸大於地球軌道的半長軸，而阿特恩型小行星的則比地球的要小。阿提拉斯型小行星的軌道完全在地球軌道圈以內。
近地小行星在地質時間尺度和宇宙學時間尺度上並不一直存在。它們只能存在幾百萬年，在那之後就會被扔到太陽系之外，或者與太陽或太陽系內的一顆行星相撞。也就是說，我們需要源源不斷的新的小行星來填滿地球附近的軌道。而這些小行星的來源很可能是受到木星擾動的小行星帶。
大部分近地小行星都是石質小行星，不過也有很多碳質小行星。只有阿莫斯型小行星會超過10公里寬，而它們在現階段並不會穿過地球軌道。但是有很多阿波羅型小行星的大小超過了5公里，這足以造成很大破壞——如果它的軌道不幸與地球相交的話。最大一個近地小行星有32公里寬，名字叫作嘎尼米德（Ganymed），這是特洛伊王子的德語拼法，在英語中為“Ganymede”。嘎尼米第是木星的一個衛星，是完全不同的天體，但它是同類（也就是太陽系裡的衛星）裡最大的一個。
近地小行星還包含有另外一個研究領域，是在最近50年內成熟起來的。早些時候，基本沒有人認真考慮過外來天體撞地球的問題。而現在，世界各地都有人在盡力收集近地小行星的信息並跟蹤其軌跡。即便在前段時間，我在訪問加納利群島參觀特那利菲（Tenerife）望遠鏡的時候，發現他們的研究所所長帶領著12個學生也在利用望遠鏡數據尋找近地小行星。這個又小又老的望遠鏡並不是當前最先進的，但是這幫興趣盎然的學生以及他們對搜尋方法的熱愛，都給我留下了很深的印象。
如今更先進的望遠鏡利用電荷耦合器件（charge-coupled devices, CCD）來搜尋小行星。CCD是一種利用半導體將光子轉化成電子的裝置，它可以將光子碰到的地方用電信號標識出來。自動讀出系統也提高了小行星的發現速率。哈佛大學史密森天體物理中心的國際天文學聯合會小天體中心的網站http：//www.minorplanetcenter.net/會及時報道被發現的小行星、彗星以及近地天體的最新數目。
由於眾所周知的原因，離地球軌道最近的軌道受到了最多的注意。美國和歐盟為了更好地搜尋這種小行星，合作建立了一個叫太空衛士（Spaceguard）的公司——為了紀念亞瑟·克拉克（Arthur C.Clarke）的科幻小說《與拉瑪相會》（Rendezvous with Rama）。太空衛士的第一個任務由1992年的美國國會報告決定，即在10年內搜尋並分類歸檔大小在1000米以上的離地球最近的天體。1000米已經很大了，比能造成危害的最小天體還要大。之所以選擇這個尺度是因為1000米大的天體更容易被找到，而且這種大小足以造成全球性的破壞。幸運的是，在我們所知的1000米大小的天體中，大部分都處在火星和木星之間的小行星帶上。在它們改變軌道變成近地天體之前，是不可能對地球造成威脅的。
在仔細綜合了觀測數據、投影軌道以及計算機模擬之後，天文學家到2009年時幾乎按時地完成了太空衛士所設定的目標——搜尋到了大部分1 000米大小級別的近地天體。最新的結果顯示，大約有940個近地小行星的尺度是1 000米甚至更大。一個由美國國家科學院召集的委員會認為，即便考慮各種誤差，這個數字也是相當準確的，總數應該在1100以內。這些搜尋工作還認證了10萬個小行星以及大約1萬個小於1 000米的近地小行星。
大部分作為太空衛士搜尋目標的大型近地小行星來自小行星帶的內邊緣和中心地帶。美國國家科學院的委員會認為，其中大約20%的近地小行星離地球的距離少於0.05個天文單位。他們將這些危險天體稱作“有潛在危險的近地天體”。他們同時認為，所有這些天體都不會在一個世紀內對地球造成威脅，這當然是個好消息。這個結果其實也不太令人吃驚，因為1 000米大小的天體撞擊地球的概率本來預期就不會超過幾十萬年一次。
實際上，只有一個已知的近地天體可能會在不久的將來擊中地球並造成破壞。但是它撞上來的概率只有0.3%，而且這在2880年之前也不可能發生。即使考慮了所有的誤差之後，我們基本上還是非常安全的，至少現在看來是這樣。有些天文學家提出對另一個小行星的擔憂。這顆小行星被冠以一個魔鬼的名字——阿波菲斯（Apophis）[22]，有300米寬。天文學家預測，它在2029年最接近地球的時候不會與地球相撞，但是有可能會在2036年或者2037年返回並撞上地球。這是一種被稱作“重力鎖眼”（gravitational keyhole）的機制，在這種機製作用下，這顆小行星可能會被引導至地球。然而，進一步的計算表明，這只是一場虛驚。阿波菲斯和別的已知天體在可預見的未來都不會撞到我們。
在大鬆一口氣之前，我們需要記住，還有很多較小的天體也會造訪地球。雖然它們比太空衛士所關注的公里級別的天體要小，也不會造成那麼大的破壞，但它們造訪的頻率卻更高。所以美國國會在2005年延長了太空衛士項目的期限，並鼓勵它去跟蹤、歸檔以及描述至少90%的大小在140米以上的、具有潛在危險的近地天體。科學家們幾乎肯定不會發現什麼對地球帶來災難性影響的目標，但是做這麼一個星表仍然還是很值得的。
我們應該擔心嗎
很明顯，小行星有時候會飛得離地球很近。小行星與地球的相撞毫無疑問會發生，但是相撞的頻率和強度一直是個有爭論的話題。是否會有東西在我們關心的時間尺度上撞到地球並造成破壞？人們並沒有完全確定的答案。
我們應該擔心嗎？這與時間尺度、花費、我們的焦慮閾值、社會認知，以及我們自以為的控制能力都有關係。本書主要關心在百萬年甚至十億年的時間尺度上發生的事情。我在後文會描述我研究過的一個模型，它可用來解釋具有300萬～350萬年週期性的大的（大約幾公里大小）流星撞擊。這些時間尺度不在人類的擔心範圍之內，人們有更加緊迫的其他事情需要擔憂。
雖然接下來的話題有些偏離了本書的主題，但是在討論了很多流星撞擊地球的內容之後，不介紹一下科學家們關於它們對世界潛在影響的結論也是說不過去的。這個話題在新聞和談話中出現過很多次，所以我們在這討論一下最新的估計也無妨。這與政府部門也是相關的，特別是當他們考慮小行星的探測和使小行星軌道偏轉時很重要。
根據美國國會2008年頒布的《強化財政預算法案》（Conso-lidated Appropriation Act），美國國家航空航天局請美國國家科學院的國家研究理事會（NRC）來研究近地天體。研究目的並不是要回答抽像的撞擊問題，而是為了評估偏離軌道的小行星造成的威脅，以及是否可以實施某些措施來減輕這種威脅。
參與這項研究的科學家們將注意力放在了較小的近地天體上，這些近地天體撞擊地球的概率更高，而且是有可能被轉向的。在短週期軌道上的彗星與小行星的軌道相似，因此它們也可以用相似的方法被探測到。而長週期的彗星基本上不可能提前看到，它們也不太可能在地球的軌道平面上——它們來自各個方向，因此探測這種彗星更加困難。無論如何，雖然一些最近觀測到的事件可能來源於彗星，但是彗星是很少到達地球附近的。我們也基本上不可能提前足夠長的時間發現長週期彗星並作出有效反應，即便以後我們的技術發展到可以使小行星軌道偏折的地步，也無法做到。現在人們基本上也沒有辦法來做一個完整的危險的長週期彗星列表，所以現今的巡天項目只關心小行星和短週期彗星。
長週期彗星，至少是那些來自太陽系外緣的彗星，是我們之後所關心的目標。來自太陽系外緣的天體相比於內太陽系的天體所受的引力束縛要弱得多，因此，引力或者其他什麼造成的擾動會更容易將它們移出原來的軌道，並送到內太陽系或者踢出太陽系。雖然這並不是美國國家科學院減災研究的課題，但它們仍然可以作為科學研究的目標。
科學家的結論
2010年，美國國家科學院在一篇題為《保衛地球：近地天體巡天以及危險應對策略》（Defending Planet Earth：Near-Earth Object Surveys and Hazard Mitigation Strategies）的文件中發佈了他們關於小行星及其所造成的威脅的研究結果。我將展示一些此文件中非常有意思的結論，以及其中的一些總結性圖表，最後我會簡單解釋這些結論和圖表的意義。
當你看到這些數字的時候，請記得乘上人口眾多的城市區域的低密集度百分比——全球城市繪製計劃（GUMP）對此給出的估計值大約是3%。雖然人們不願看到任何破壞，但對城市區域的破壞是最恐怖的。城市所佔區域的低密集度百分比告訴我們，小天體撞擊人口密集區並造成嚴重破壞的概率是它們造訪地球概率的1/30。例如，如果一個5～10米的物體撞擊地球的概率是100年一次的話，那麼它撞到城市的概率大約是3 000年一次。
同時需要注意，基本上在所有的估算方面都存在誤差，科學家們在最好的情況下也只能將誤差降到10倍以內。很多新聞中提到的遙遠天體的威脅從未實現過的原因之一就是，即便對某些特定種類特定大小的天體來講，軌道測量上的一個微小誤差都將大大改變對它撞擊地球概率的計算結果。即便是對已知巨大天體所能造成的影響和破壞，我們也不是完全清楚。雖然這些數字有如此大的誤差，美國國家科學院的研究結果還是很可信、很有用的。接下來，讓我們暫且容忍一下那些不確定性，先來看看2010年這些神奇的統計結果吧。
我最喜歡的一張表是表9-1。根據這些結果，每年由於小行星造成的死亡人數為平均91人。雖然小行星造成的死亡人數遠比大部分災難造成的死亡人數要少——其死亡率大約和輪椅相關的致命事故率相當（表中沒有列出），表中的數字91仍高得不可思議。在各方面誤差都相當大的情況下，這個數字也精確得有些可笑。顯然，小行星造成的91條人命並非每年都有。實際上，我們在歷史記錄中只能找到很少幾起此類死亡事件。表9-1中給出的高數字很有迷惑性，因為它包含了預測中的大量撞擊事件，而這種事件很少發生。圖9-2可能對我們的理解更有幫助。
表9-1 世界範圍內多種原因下年平均死亡人數預測
註：這是美國國家科學院給出的關於全球各種致命事件每年造成的平均死亡人數的統計。統計結果是基於數據、模型以及推測得出的。
從圖9-2中可以看出，表9-1中提到的死亡人數大部分都來自較大天體的撞擊，即圖9-2中1～10公里之間的那個高峰，而這種大天體撞擊據預測是極少發生的，堪稱小行星撞擊事件中的“鳳毛麟角”。如果我們只關注小於10米的小行星，那麼每年的死亡人數就都在個位數以下，而這仍然是個不小的數字。那麼，不同大小的天體撞擊地球的概率分佈到底是多少呢？讓我們來看圖9-3（這張圖信息有些多，我會慢慢解釋）。圖9-3很好地總結了我們現有的知識。
圖9-2
美國國家科學院給出的由於小行星造成的年平均致死亡人數。數據是根據太空衛士一個完整度為85%的巡天項目得出的。該圖利用了2009年的近地天體大小分佈數據，並包含了新的海嘯和空中爆炸所造成的威脅。2003年的估算結果也顯示在圖中，以便比較。
圖9-3
撞擊的數目（左側縱坐標）和大致的撞擊間隔時間（右側縱坐標）與近地天體的直徑的關係。上面的坐標給出了假設天體在撞擊時的速度是每秒20公里的情況下，所能釋放出的能量（以TNT當量為單位）。下面的橫坐標上同時標出了天體的星等：虛線是2003年的估算，圓圈是新的估算結果，實線表示2009年以前發現的小行星數目。
圖9-3雖然不太容易讀懂但確實包含了很多信息。圖中標度都是對數尺度，意味著天體大小的變化對應的時間尺度變化可能比你想像的要大得多。比如，10米大的天體可能每10年造訪地球一次，而25米大的天體可能每200年才會撞擊地球一次。這也就意味著，測量值的微小變化可能會對預測值造成很大的改變。
圖9-3中上邊框的標度顯示一個給定大小的天體在每秒20公里的速度下所能釋放的能量，單位是兆噸。比如，一個25米大的天體能釋放出的能量是1兆噸。圖9-3還能告訴我們不同大小的天體的數目會有多少，以及它們有多亮——這關係到探測以及追蹤它們的難易程度。雖然較小的小行星數量非常多，但是它們非常小也非常暗，使得此類小行星更難被探測到。
舉例來說，一個500米大小的天體撞擊地球的頻率估計為10萬年一次，1 000米大的天體大約為50萬年一次，而一個5 000米大小的天體要2 000萬年一次。圖9-3也同時告訴我們，一個可以滅絕恐龍的大約10公里大的天體撞擊大約1 000萬年～1億年才會發生一次。
如果你只對撞擊的頻率感興趣，那麼圖9-4將給你更清晰的答案。注意，圖9-4中的縱坐標上面年數最小、下面年數最大，因此大撞擊發生的頻率遠小於小撞擊。注意，縱坐標是以指數形式增長的，例如，100是1，101是10，102是100。
最後，為了解釋不同大小的天體所能造成的危害，我需要再展示最後一張來自美國國家科學院研究報告中的表格（見表9-2）。表9-2告訴我們，一個直徑幾公里的物體會影響整個地球。大流星撞擊比自然災害要少見得多，因此它們並不會造成迫在眉睫的威脅。但是一旦發生，它們所釋放出的能量和嚴重程度將是毀滅性的。表9-2也顯示了，比如，一個300米的物理撞擊地球的頻率可能是幾十萬年一次。這種撞擊會使大氣中硫的成分提高到喀拉喀托火山（Krakatau）周圍物質成分的程度，這樣會破壞地球上很多地方的生命或者農作物。當然，這種災難具體所能造成的破壞依賴於天體的大小和所撞擊的地點。
圖9-4
不同大小（直徑3米～9 000米）的近地天體撞擊地球的平均時間間隔。
表9-2 不同大小近地天體的平均撞擊間隔和撞擊能量的估算值
註：需要注意的是，這些值取決於撞擊天體的速度以及物理化學特性。
保護地球，讓小行星轉向
那麼，我們對此該做何種結論呢？首先，所有這些天體都在同一個空間中沿一定的軌道運行，這是一件非常令人著迷的事情。我們認為地球是特別的，當然我們會想要保護它。但是在更大的圖景上來看，地球只是內太陽系的一顆普通行星，圍繞著一個普通的恆星旋轉。其次，雖然我們知道周圍的鄰居們離我們非常近，但是這些小行星並不是人類最大的威脅。小行星撞擊可能發生甚至可能造成一些破壞，但是它對人類實際上並沒有眼前的威脅。
即便如此，我們也會問，如果危險的事情真的發生了，我們應該怎麼辦呢？如果我們眼睜睜地看著一個天體在危險的近地軌道上運行幾年，卻無能力改變人類的命運的話，那麼我們都會覺得自己是大傻瓜。沒有近在眼前的威脅並不意味著，我們可以對可能發生的流星造成的破壞漠不關心甚至放任自流。
當然有一些人已經想到了這個問題，並且提出了很多應對來自太空危險天體的提議——雖然現在還沒有實際的設備。兩個應對的基本措施就是摧毀它或者使其偏移軌道。僅僅摧毀並不一定是個很好的辦法。如果你把一個正要撞向地球的天體炸成很多飛向同一方向的小石塊，反而會增大撞擊的概率。雖然每個小塊的破壞力比較小，但如果有辦法能把撞擊數目也減少的話就更好了。
因此，將小行星偏移軌道的方法似乎更加合理。最有效的偏移方法是使飛來的天體增速或者減速，而不是側推。地球其實是很小的，而且圍繞太陽轉動的速度很快，大約每秒30公里。根據飛來天體的方向，將它的軌道改變一下，只須讓它提前或者拖後7分鐘——這是地球在公轉軌道上移動一個地球半徑的時間，這樣做就可以避免一次撞擊而將其變成一次激動人心卻無害的擦肩而過。這並不是一個很大的軌道改變。如果我們能提前足夠的時間（哪怕只是幾年）探測到這種危險天體，即使是速度上的一個很小改變，就足夠達到目的了。
無論是摧毀或者偏移的方法都無法將我們從一個直徑大於幾公里的、可以造成全球性破壞的天體手裡拯救出來。幸運的是，這種撞擊在接下來的100萬年裡估計不會發生。如果碰上小一點的天體，原則上我們是可以自救的，最有效的偏移方法是核爆炸，它能阻止一個最大直徑為1 000米的天體的撞擊。然而，法律是不允許在太空進行核爆的，所以現在這種技術還沒有被開發出來。另一種可能的方法（雖然並沒有核爆那麼有力）是用一個物體與飛來的小天體撞擊，這樣此物體的動能（也即運動的能量）就會轉給小行星。如果提前量足夠，特別是如果多次撞擊小行星，將會使直徑幾百公里[23]大的天體轉向。其他可以使小行星發生偏移的方法可以是太陽能板、將衛星作為引力拖船、火箭發動機等任何可能產生足夠推力的物體。這種技術最終可能會對100米大小的天體有效，但是需要有幾十年的提前量。所有這些方法（以及小行星本身）都需要更多的研究，因此現在就下定論哪種方法更有效還為時尚早。
這些提議雖然有趣也值得仔細考慮，但是現在只是關於未來的一些可能性。並沒有現存的技術能實現它們。然而，有一個叫小行星撞擊及偏移評估（Asteroid Impact and Deflection Assessment）的計劃——其主要目標是測試動力學撞擊小行星的可能性，已經做了很多相關工作了。還有另一個相關項目，叫小行星重定向任務（Asteroid Redirect Mission），它的目標是將一個小行星或者一塊物體改道成繞月亮旋轉，並計劃派一個宇航員去造訪這顆小行星。然而所有這些計劃都沒有實際展開建造工作。
有些人會反對在地面上建造反小行星的設備，因為這可能會在更大的意義上造成傷害。比如，有人擔心這種技術會被應用到軍事上而不是用來保衛地球，不過我覺得這種事情不太可能發生，因為要製成相關設備需要很長的研製時間。還有人提出：如果發現一個會與地球交會的小行星，但是如果我們沒有足夠長的時間或者足夠先進的技術去阻止它，那麼小行星的發現可能會引發心理學和社會學上的問題。這種想法讓我相當吃驚，因為它看起來就像拖延戰術，而這種拖延卻阻止了很多有益措施的發展。
暫且不管這些無謂的擔心，我們總是可以問，是否需要做提前準備？如果需要的話，什麼時候開始？這其實是一個成本和可利用資源的問題。國際航天學會（IAA）召開了很多會議，就是為了解決這些問題並討論最佳的戰略方法。
一個曾參加過2013年在美國亞利桑那州弗拉格斯塔夫（Flagstaff）召開的行星防禦會議（PDC）的同事告訴我，會議給參會者佈置了一項小作業，讓每個人想像一個假想的要撞向地球的小行星，然後給出自己能想到的最好的處理方案。具體的問題包括：
●如何處理小行星的尺寸和軌道參數的不確定性，並不斷地修正它們？
●應該什麼時候作出應對措施？
●什麼時候應該給總統打電話（當然因為這是在美國開的會）?
●什麼時候應該疏散區域內人員？
●什麼時候應該發射核導彈去阻止相撞？
這些問題——雖然在某種程度上在我看來非常有娛樂性，清楚地顯示出：即便是熟悉相關知識且對此感興趣的天文學家也會在如何看待及應對天外來客的問題上存在很大分歧。
希望我已經說服了你，雖然存在小行星撞擊地球的潛在危險，但是這種危險並非迫在眉睫。雖然存在某個小行星撞到地球並將一個大型人口密集區夷為平地的可能性，但是這種可能性在可預見的未來是極為微小的。我身體中的“科學家部分”在盡力做著搜集和理解各種天體軌道的事情。而我身體中的“極客部分”則認為，一個可以將危險的近地天體送出地球軌道的宇宙飛船非常酷。但是，說真的，沒人確切知道該如何實施。
對於社會的終極問題是：在窮盡了這麼多科學和技術上的努力之後，我們該重視什麼?我們學到了什麼?除此之外還有什麼其他益處？當你要作出某種選擇的時候，你可以用一些基本事實作為考量的基礎。現有數據是有幫助的，但是它們並不完備。而在制定政策方針的時候，我們需要綜合考慮專家們的猜想、實際情況以及倫理道德。我認為，即便在沒有任何威脅的情況下，這方面的科學問題也是很有趣的，值得投入相應資金來尋找更多的小行星並且做更多的研究。但是，只有時間才能告訴我們，這個社會以及私人企業的最終決策會是什麼。